美能源部发布创世纪任务报告，AI破解26项科技挑战
摘要
美国能源部发布《创世纪任务》报告，提出26项科技挑战及相应AI解决方案，旨在通过人工智能加速能源与国家安全领域发展。报告重点关注核能领域，包括提升核电站建设运营效率、加速聚变能研发、数字化历史核数据、增强实验能力及优化监管流程等挑战，提出利用数字孪生、智能体工作流、AI平台等技术实现进度加速与成本降低。
美国能源部新近发布的《创世纪任务国家科学与技术挑战》报告描述了26项挑战及相应的人工智能解决方案，旨在推进以人工智能为核心的创世纪任务。该任务由去年11月的总统行政命令设立，旨在开发一个“集成平台，连接全球超级计算机、实验设施、人工智能系统及各主要科学领域的独特数据集，以期在十年内将美国研究与创新的生产力和影响力提升一倍。”
加速技术发展：美国能源部选出这26项挑战和解决方案，旨在通过加速与能源和国家安全相关的技术发展，“为美国人民带来可衡量的益处”。能源部科学副部长兼创世纪任务负责人达里奥·吉尔解释说：“这些挑战代表着迈向未来的大胆一步，在那里，科学将因人工智能而以想象的速度前进。这对科学、能源和国家安全来说都是游戏规则的改变者。通过将美国政府无与伦比的数据资源和能源部的实验设施与尖端人工智能相结合，我们可以解锁那些将推动经济、保障能源未来并使美国保持全球创新前沿的发现。”
创世纪任务报告中描述的与核能相关的挑战包括：“提供更快、更安全、更便宜的核能”；“加速聚变能的交付”；“利用美国历史核数据与研究”；“提升核研究设施的实验能力”；以及“简化生产、消除繁文缛节并确保核企业安全”。
更快、更安全、更便宜：能源部报告指出，核电站历来面临开发周期长和成本高的挑战，而需求持续增长，包括来自人工智能数据中心的需求。
为应对这一挑战，能源部提议利用人工智能来设计、许可、制造、建造和运营核反应堆，“采用人在回路的流程，实现至少两倍的进度加速和超过50%的运营成本降低”。能源部正通过研究替代模型、智能体工作流、自主实验室和数字孪生等人工智能技术来实现这些目标。
加速聚变能：将聚变能接入电网需要在能源部《聚变科学与技术路线图》先前定义的六个相互依存的挑战领域取得协调进展：结构材料、面向等离子体组件及等离子体-材料相互作用、约束方法、燃料循环、覆盖层以及聚变电站工程与系统集成。
针对这一挑战的人工智能解决方案涉及数字孪生，它将等离子体、核、材料和系统行为整合到一个“统一的预测框架内，允许在仿真和实验中一致地评估性能与工程权衡、失效模式和设计裕度”。报告提议建立一个“人工智能-聚变数字融合平台”，以“集成高性能计算代码中的新算法、等离子体和材料科学的基础模型、物理和化学信息神经网络、替代模型和数字孪生”，从而在路线图的六个挑战领域提供实时控制。
利用历史数据与研究：美国关于核科学的历史和档案信息大多仅以手写笔记、印刷材料或照片形式存在，阻碍了其在研究、设计和生产中的可访问性和可用性。
能源部提出的人工智能解决方案是构建一条人工智能数字化与重建流水线，“将模拟报告、图像和图纸转换为可搜索、可用于仿真的数据集，包括自动网格划分以及与历史测试结果的交叉引用”。该流水线将包括一个“具备持久元数据/本体标准的安全集中存档、优先处理最高价值记录的筛选工作流，以及端到端的访问控制和质量保证流程”。
提升实验能力：根据创世纪任务报告，美国国家核安保管理局正面临对优化实验日益增长的需求，而当前设计、记录和分析此类实验的流程缓慢且低效。
为解决此问题，需要一个人工智能“设施操作系统”。该系统将利用“智能体工作流来规划/安排实验、实时引导执行，并将实时诊断与多保真度仿真融合，从而使每次发射/试验以最小的周转时间产出最大信息”。该解决方案部分将涉及“可互操作的设施数字孪生和流数据/溯源标准，以及透明的批准门、审计日志和不确定感知分析，使操作员在高风险环境中能够信赖”。
简化生产并确保安全：当前的核监管流程可能缓慢且碎片化，导致效率低下，可能损害安全和运行效能。据能源部称，这一挑战“意义重大，因为它直接影响应对核威胁以及有效维持安全标准的能力。”
推荐的人工智能解决方案是“部署可审计、基于政策的人工智能（大语言模型+智能体），能够消化安全基准要求、自动化安全分析和文档编制，并在自主配置和运行大规模仿真活动的同时，持续生成风险感知的工作计划”。该解决方案将需要开发一个“具备溯源的可信数字监管语料库”，以及“人工智能输出的验证和测试框架”，和“具备强大访问控制和端到端审计日志的设施/运营数据系统”。
其他挑战：创世纪任务报告对其确定的其他科学、能源和安全挑战也进行了类似详细阐述。例子包括“扩展电网以支撑美国经济”、“提升粒子加速器以促进发现”、“设计具有可预测功能的材料”、“释放地下战略能源资产”、“实现人工智能驱动的自主实验室”、“重新构想先进制造与工业生产力”、“利用人工智能发现量子算法”以及“使微电子产业重归美国”。