AI for Science 可视化实验室
从蛋白质折叠到材料发现——把 2026 年 AI 如何加速科学发现的核心机制以可交互 SVG 呈现。
01
AI for Science 全景
AI 在科学领域的应用矩阵：生物（蛋白质/基因）、化学（分子/反应）、物理（粒子/天文）、材料（晶体/合金）、地球（气候/地质）。切换领域查看应用。
生物
蛋白质折叠 / 基因组
AlphaFold 级精度
化学
分子生成 / 反应
扩散模型设计
物理
粒子 / 凝聚态
模拟加速万倍
材料
晶体 / 合金
10^10 空间搜索
地球
气候 / 地质
GraphCast 预报
核心范式
数据 + 物理 融合
混合建模崛起
关键突破
理解物理底层秩序
从拟合到发现
研究规模
2026 数千团队
跨学科协作
基础设施
AI 算力 + 自动实验
闭环发现
数据壁垒
专有科学数据集
领域护城河
可复现性
实验验证闭环
AI 预测→合成
伦理边界
双用途风险管控
安全审查机制
02
蛋白质结构预测
AlphaFold 架构：MSA → Evoformer → 结构模块 → 3D 坐标 → 置信度。执行预测观察从序列到结构的折叠过程。
MSA 比对
多序列同源搜索
提取进化信息
Evoformer
48 层注意块
序列+结构耦合
结构模块
不变点注意
SE(3) 等变
pLDDT
0-100 置信度
>90 高可信
AF3 进展
复合体预测
蛋白-小分子-核酸
ESMFold
无需 MSA
速度提升 60x
精度
GDT-TS 92+
实验级准确
应用
药物靶点 / 酶工程
蛋白质设计
数据库
PDB 22万结构
训练数据基础
AlphaFold DB
2亿+ 预测结构
覆盖几乎所有蛋白
动态预测
构象系综
运动状态建模
挑战
内在无序蛋白
无固定结构
03
分子生成与药物设计
AI 药物发现管线：靶点识别 → 分子生成（扩散模型）→ 对接预测 → ADMET 评估 → 合成路线。执行设计观察流程推进。
靶点识别
疾病相关蛋白
结构 + 功能筛选
分子生成
扩散模型采样
10k 候选
对接预测
结合自由能
筛选至 100
ADMET
5 项药代指标
筛选至 10
合成路线
逆合成规划
3 步可达
周期缩短
6 月 → 2 周
命中率 ↑8x
成本
<$10k/候选
传统 $2M+
已上市
INS018_055
AI 设计首药
靶点类型
激酶 / GPCR
可成药靶点
生成模型
3D 等变扩散
口袋适配采样
PROTAC
靶向蛋白降解
不可成药靶点
临床试验
20+ AI 药物
II/III 期推进
04
材料发现
AI 材料科学：晶体结构生成 → 性质预测 → 稳定性筛选 → 合成路径规划。执行发现在材料空间中探索。
晶体生成
扩散 / 生成模型
10^10 空间
性质预测
带隙 / 形成能
图神经网络
稳定性
凸包距离
Pareto 前沿
合成路径
前驱体 + 条件
可实验验证
GNoME
220 万新晶体
DeepMind 突破
MACE / CHGNet
通用势函数
替代 DFT
超导探索
高压室温超导
AI 筛选候选
实验验证
自主实验室
机器人合成
电池材料
固态电解质
能量密度↑40%
催化剂
电催化 CO2 还原
绿氢经济
热电材料
废热回收
ZT 值优化
数据库
Materials Project
15万+ 已知材料
05
科学方程发现
AI 符号回归：数据观察 → 符号搜索 → 方程候选 → 物理约束验证 → 简洁性选择。执行发现从数据中归纳物理定律。
符号搜索
运算符 + 变量
组合空间剪枝
物理约束
量纲一致性
守恒律验证
简洁性
Occam 剃刀
最小描述长度
拟合度
R² > 0.99
数据吻合
AI Feynman
重现 100+ 定律
从数据到方程
强化学习
符号生成策略
奖励驱动搜索
可解释
人类可读公式
不同于黑盒
前沿
发现未知物理
超越已知定律
搜索空间
10^15 组合
神经引导剪枝
量纲分析
Buckingham π 定理
约束空间降维
守恒律
能量/动量校验
物理一致性
领域应用
力学 / 电磁 / 流体
跨学科泛化
06
气候与地球模拟
AI 气候建模：物理参数化 → 数据驱动模型 → 混合建模 → 预测加速。切换模型对比不同建模方式。
参数化
子网格经验公式
1x 速度
数据驱动
ML 替代物理
100x 速度
混合建模
物理 + ML 融合
80x · 93% acc
GraphCast
图神经网络
1000x 速度
分辨率
0.25° 全球
10 天预报
精度超越
优于 ECMWF
90% 指标领先
极端天气
台风 / 暴雨预警
提前 3 天
碳循环
源汇通量模拟
气候政策支撑
集合预报
50 成员集合
不确定性量化
S2S 预测
次季节到季节
Madden-Julian 振荡
古气候
万年级回溯
冰期循环建模
碳排放
情景模拟 SSP
1.5°C 路径评估
07
天文发现
AI 天文学：星系分类 → 系外行星检测 → 引力波信号 → 暗物质分布。切换任务观察不同天文数据。
星系分类
螺旋 / 椭圆 / 不规则
CNN 98.7% 准确
系外行星
凌星光变曲线
检测微小亮度降
引力波
LIGO 噪声过滤
SNR 24.5
暗物质
引力透镜重建
晕质量 2.3×10¹²
数据量
LSST 60 PB
每天 20TB
实时处理
流式推理
瞬变天体警报
多信使
电磁 + 引力 + 中微子
联合分析
新发现
异常星系 / 新行星
AI 辅助发现
射电巡天
SKA 1km² 阵列
脉冲星搜索
光谱分析
恒星化学组成
银河演化追溯
黑洞成像
EHT 视界
M87* 首张照片
宇宙学
暗能量状态方程
加速膨胀测量
08
AI4Science 基准
科学 AI 基准：CASPER（蛋白质）/ MatBench（材料）/ ChemBench（化学）/ ClimateBench（气候），对比不同模型性能。切换基准查看。
CASPER
蛋白质结构
GDT-TS 指标
MatBench
材料性质
MAE 越低越好
ChemBench
化学问答
知识+推理
ClimateBench
气候预测
RMSE 指标
蛋白质领先
AlphaFold3 (0.92)
实验级精度
材料领先
MACE (0.93)
通用势函数
化学领先
Claude4 (0.82)
LLM 化学知识
气候领先
GraphCast (0.94)
超 ECMWF
基准演进
年度难度升级
避免饱和
开源贡献
社区驱动标注
专家审核
评估维度
精度 / 速度 / 成本
综合排名
挑战赛
Kaggle 科学赛道
百万美元奖金