朱美芳：AI+新材料，月壤也能織成衣服？

纖維，貫穿著人類文明的發(fā)展進程。從天然棉麻到化學纖維，再到智能纖維，每一次迭代，都折射著科技的進步與社會的發(fā)展。

從年產(chǎn)不足千噸到占據(jù)全球七成以上份額，中國纖維產(chǎn)業(yè)用幾十年時間，完成了從“跟跑”到“并跑”再到“領跑”的跨越。中國科學院院士、中國材料研究學會副理事長朱美芳正是站在這一產(chǎn)業(yè)最前沿的領軍代表，她被譽為“纖維女俠”，科研生涯與中國纖維產(chǎn)業(yè)的崛起同頻共振。

本期“對話”欄目，中國科協(xié)之聲帶你走進首屆中國“AI+新材料”大會，聽朱美芳院士講述AI與新材料的深度融合之道。

朱美芳

纖維材料專家，中國科學院院士。現(xiàn)任東華大學材料科學與工程學院學術院長、先進纖維材料全國重點實驗室主任，兼任中國材料研究學會副理事長、中國女科技工作者協(xié)會副會長、上海科普教育發(fā)展基金會理事長等職。

一根纖維，跑出中國速度

很多人對纖維的認知，還停留在“織衣服”的層面，其實纖維早已成為支撐高端制造、航空航天、國防軍工等領域的關鍵基礎材料。

纖維分為天然纖維和化學纖維，天然纖維“靠天吃飯”，棉花、絲綢、麻等都是大自然的饋贈；而化學纖維的歷史僅百余年，它以石油、煤炭等為原料，先提取其中的烴類成分，再經(jīng)過裂解、聚合等工藝，最終紡制而成。

上世紀50年代前，化學纖維的核心技術主要掌握在美國、日本和歐洲國家手中。中國的化學纖維產(chǎn)業(yè)起步較晚，直到1949年解放后，我們才逐步建立起化學纖維專業(yè)，一步步追趕世界步伐。

上世紀90年代，我剛投身科研時，中國的化纖產(chǎn)量還遠不及發(fā)達國家，但我們始終憋著一股勁，要打破技術壟斷。1998年，中國化纖產(chǎn)量超過美國；2015年，中國化纖產(chǎn)量占全球的70%，至今仍保持這一領先地位。這些數(shù)字背后，是一代代纖維人的堅守與奮斗。

朱美芳與團隊探討實驗問題。

我的科研之路，也伴隨著中國纖維產(chǎn)業(yè)的升級步伐。

最初，我專注于將粗硬的聚丙烯纖維變細。那時，聚丙烯纖維主要做麻袋、地毯、窗簾，大家都覺得它改造難度很大，不可能穿在身上。我們跟中科院化學所合作，一次次加工摸索，但實驗都失敗了。

有一次實驗結束后，我們未將螺桿清洗干凈，沒想到卻由此帶來了一個意外發(fā)現(xiàn)，原本被認為“分子量分布越窄越好”的理論并非絕對。這種“無心插柳”的結果，加上前期積累的基礎，最終推動了技術突破。

那時二十幾歲的我，拿著實驗成功制備的纖維，又蹦又跳地去跟老教授匯報，那種興奮至今難以忘懷。后來我們提出了“細旦化”理論，讓原本粗糙的工業(yè)纖維變得像絲綢一樣柔軟，中國的服裝材料從此上了一個臺階。

產(chǎn)品光有量不夠，更需要一次次“質”的提升。

1997年，我在德國做訪問研究，經(jīng)常合成納米材料，但沒人想到把納米材料和纖維結合起來。回國后，我在博士論文中大膽提出“納米復合功能纖維”概念，當時，沒有人認同。我采用“有機無機雜化”的思路，把無機材料的功能性與高分子的可加工性結合起來，解決了功能纖維“安全性與舒適性”的痛點，相關成果后來獲國家技術發(fā)明二等獎。

2010到2015年，我們先進纖維材料全國重點實驗室（原纖維材料改性國家重點實驗室）又往前推了一步，提出“智能纖維”的概念。功能纖維和智能纖維有什么不同？功能纖維是被動地把某種功能“附”到材料上；智能纖維則是主動與環(huán)境交互、響應。我們當時提出了“Big Fiber”大纖維的概念，美國同期也提出了“革命性纖維”，大家都在同一個時間窗口轉向了智能化。

智能纖維的發(fā)展難度極大，涉及多學科交叉融合，技術復雜度高，需要大量資金、人才和政策支持。各國競爭異常激烈，如同20多年前納米技術興起時的局面。但中國憑借敏銳的洞察力和前瞻性布局，積極推動智能纖維與各行各業(yè)深度融合，使其在腦機接口、生物醫(yī)藥、人形機器人等新興領域展現(xiàn)出巨大的應用潛力。

讓科研成果“從書架走向貨架”

我一直倡導“做接地氣的科研”，科研不能只停留在實驗室和論文里，更要落地到產(chǎn)業(yè)中，解決實際問題，創(chuàng)造實際價值。

新材料作為戰(zhàn)略性、基礎性產(chǎn)業(yè)，是新興產(chǎn)業(yè)鏈條的頂端技術，其發(fā)展關乎我國能否搶占世界制高點，實現(xiàn)高新技術與高端制造的自主高質量發(fā)展。

4月9日至12日在廣州南沙舉行的首屆中國“AI+新材料”大會，正是一次在新材料領域具有里程碑意義的大會。中國材料研究學會在中國科協(xié)領導下，全方位踐行“人工智能+新材料”國家戰(zhàn)略任務，構建頂層化高端智力資源，共商技術融合路徑，為我們科技工作者搭建了產(chǎn)學研融合的高水平對話平臺，讓學術界、產(chǎn)業(yè)界、教育界能夠坐在一起，打通創(chuàng)新鏈條，實現(xiàn)協(xié)同發(fā)展。

大會設立了3個單元14位院士的大會報告、19個國家重大戰(zhàn)略急需領域分論壇。其中，我們組織了分論壇“AI+柔性材料”，希望向學界和產(chǎn)業(yè)界傳遞一個清晰的信號：柔性材料的發(fā)展，已經(jīng)進入了必須與AI深度融合的新階段。

柔性材料包括智能纖維、柔性薄膜、柔性電子等，它最大的特點是“強、柔、韌、輕”，既能彎折、扭轉，還能適配多種復雜場景，比如國防、航天、人形機器人、可穿戴設備等，都離不開柔性材料。但柔性材料的設計復雜、性能優(yōu)化難度大，亟需AI來提供新的解決路徑。“通過耦合與雜化實現(xiàn)柔性材料的功能涌現(xiàn)”也是中國科協(xié)發(fā)布的2024年十大前沿科學問題之一。

4月11日，首屆中國“AI+新材料”大會分論壇“AI+柔性材料”現(xiàn)場，朱美芳院士進行開場演講。

分論壇上，我們邀請了纖維材料、柔性電子、智能制造等領域的專家，來自基礎研究和產(chǎn)業(yè)應用的從業(yè)者，就是希望打通學界與產(chǎn)業(yè)界存在的壁壘，共同組織攻關，以AI為核心紐帶，真正推動柔性材料進入一個協(xié)同驅動的新發(fā)展階段。

這些年，我去過全國600多家纖維企業(yè)，無論是量大面廣的傳統(tǒng)化纖企業(yè)，還是專注智能纖維的新興企業(yè)，我們都有深度合作。

作為先進纖維材料全國重點實驗室，我們以“高性能、多功能、智能化、綠色化”為方向，一方面引領行業(yè)技術升級，另一方面培養(yǎng)科研人才，孵化中小企業(yè)。我們實驗室培養(yǎng)的博士、博士后，有不少人創(chuàng)辦了專精特新企業(yè)，甚至發(fā)展成上市公司。我們東華大學材料專業(yè)一個班誕生3家上市公司的故事，就是產(chǎn)學研融合最好的見證。

此外，我們還在江蘇南通建立了集萃先進纖維材料研究所有限公司，在上海松江搭建了AI+材料基地，推動科技、教育、人才一體化發(fā)展，讓科研成果真正“從書架走向貨架”。

“AI+新材料”需要高質量數(shù)據(jù)

AI與新材料會發(fā)生什么樣的“化學反應”？我的觀點很明確：相互賦能、相互成就。一方面，越來越多的材料科學家開始借助AI加速新材料研發(fā)；另一方面，越來越多的新材料也在反向賦能AI硬件升級、拓展AI應用場景。

在沒有AI的時代，我們做材料研發(fā)，靠的是實驗仿真和經(jīng)驗積累，從材料設計、性能優(yōu)化到應用落地，往往需要反復試錯，不僅周期長、成本高，還受限于人類的認知邊界。

而大模型的出現(xiàn)，就像為新材料研發(fā)裝上了“加速器”，幫助我們設計出更高性能、更綠色、更智能的新一代纖維材料。但它絕不是“萬能的”，更不是替代科研工作者，而是與我們并肩作戰(zhàn)。

當前AI+新材料融合過程中，最大的瓶頸仍是數(shù)據(jù)。材料領域普遍存在數(shù)據(jù)分散、異構、缺標準、難共享等難題，而數(shù)據(jù)質量很大程度上決定了AI能力的上限。

我們實驗室就在做兩件事：一是把我們原來的實驗數(shù)據(jù)進行標識和整理，變成有用的數(shù)據(jù)；二是跟人形機器人公司合作，原位采集數(shù)據(jù)，相互迭代。

專業(yè)大模型會不會出現(xiàn)“幻覺”？當然會。但和通用大模型不同，專業(yè)領域的數(shù)據(jù)一部分來自真實實驗，一部分來自仿真。如果數(shù)據(jù)零散、不標準，AI就會出現(xiàn)“幻覺”，給出不實、不準確的結果，反而會影響研發(fā)效率。數(shù)據(jù)越精準，幻覺就越少。關鍵在于不斷迭代、用實驗反復驗證數(shù)據(jù)。我們不要指望AI一下子達到某種高度，也不要輕易否定它的價值，理性看待就好。

2024年，我們團隊聯(lián)合發(fā)布了國際上首個纖維行業(yè)大模型“纖貝”。當時大眾對大模型的認知還不深，我們?yōu)槭裁锤易觯恳驗槠髽I(yè)有真實需求。

我在走訪企業(yè)過程中發(fā)現(xiàn)一個普遍問題，很多化纖企業(yè)智能制造做得早，工業(yè)機器人、海量數(shù)據(jù)都有，但數(shù)據(jù)沒有用起來。研發(fā)“纖貝”的初衷，就是把纖維領域碎片化的知識和數(shù)據(jù)系統(tǒng)整合起來，為科研、教學、產(chǎn)業(yè)提供更精準的專業(yè)支撐，同時幫助企業(yè)盤活閑置的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，降低試錯成本。未來我們還會推出工業(yè)級和科研級的大模型，真正讓AI扎根纖維產(chǎn)業(yè)。

在纖維領域，AI已逐步滲透到研發(fā)與生產(chǎn)全流程。比如我們正在攻關模擬月球環(huán)境下的月壤纖維制備，目標是實現(xiàn)“就地取材、就地制造”。

東華大學朱美芳院士、成艷華、汪慶衛(wèi)團隊獲得嫦娥五號真實月壤樣品500毫克。團隊自制模擬月壤，成功制備出直徑僅10-20微米（頭發(fā)絲的1/5到1/6）的超細纖維。

月球環(huán)境具有微重力、高真空、極端溫差等特征，讓月壤成纖變得異常困難。在這個過程中，AI可以在前端解析成分、中端優(yōu)化工藝、后端實時監(jiān)測，大幅提升成功率。將來，我們期待把制備月壤纖維的設備送到月球上，讓機器人采集月壤，連續(xù)生產(chǎn)纖維，用于建筑增強材料、柔性艙、宇航服等。

研究團隊自主研發(fā)的可用于深空環(huán)境的月壤纖維自動成纖裝備。

熱愛、堅持、忘我

回顧幾十年的科研生涯，我獲得過中國科協(xié)等單位牽頭評選的全國創(chuàng)新爭先獎、中國青年女科學家獎等諸多榮譽，我感到非常榮幸，也更加堅定了“敢為人先、求真務實”的科研信念。

作為中國女科技工作者協(xié)會副會長，我深知女性科技工作者的不易。我們發(fā)現(xiàn)女性在大學生、碩士生階段占比很高，但越往上走，到教授、到院士階段，比例就越低。我認為這種“漏斗效應”現(xiàn)象，既有家庭責任的壓力，也仍存在社會偏見的現(xiàn)實障礙。

中國材料研究學會于2021年成立女科技工作者委員會，朱美芳擔任該委員會主任。圖為2023年7月，由中國材料研究學會女科技工作者委員會發(fā)起，在深圳召開女科技工作者交流座談會。

在此，我想說，如果忽視女性，就忽視了人類一半的智慧。我們需要更多有話語權的男科學家關注女性科技工作者群體，也需要政策層面的傾斜，讓更多女性科技工作者能夠安心科研、實現(xiàn)價值。

從年輕女性科技工作者自身來說，一定要自立自強、迎難而上。科研這條路，女性一樣可以走得很遠。

從教30余載，我至今仍擔任本科班班主任。這份堅持，源于一種傳承。在東華大學（原華東紡織工學院）讀書時，我的專業(yè)老師就兼任班主任，“愛生如子”的理念深深扎根在我心里。現(xiàn)在，我也成為了這樣的老師，不僅自己堅守在教學一線，還推動我們東華大學材料科學與工程學院建立了制度化的班主任傳承機制，希望把科學家精神和育人初心一代代傳遞下去。

朱美芳在為學生授課。

在挑選學生和年輕教師時，我最看重的是他們的自我驅動力。我常跟他們分享六個字：熱愛、堅持、忘我。熱愛是前提，沒有熱愛，就無法抵御科研的枯燥；堅持是保障，科研路上布滿挫折，唯有堅持才能突破；忘我是境界，不要總想著自己能得到什么，要想著為國家、為產(chǎn)業(yè)付出什么，這份使命感，才能支撐我們走得更遠。

科學家并不等于乏味，我認為自己是一個有趣且熱愛生活的人。生活中，偶有業(yè)余時間，我喜歡聽音樂，看勵志的歷史劇，尤其是長征題材。我年輕時是長跑運動員，當時身體基礎素質并不出眾，但每次跑步的時候我會想：紅軍長征，那么艱難都過來了，我這點困難算什么？我也常對學生說，在科研道路上，困難重重，要有吃苦耐勞的精神。

當前，中國纖維產(chǎn)業(yè)已從跟跑、并跑到了領跑階段。領跑其實更難，前方?jīng)]有參照，一旦跑偏，后果不堪設想。所以我們必須不斷學習、交流，注重多學科交叉融合。

此外，我還積極投身科普事業(yè)，目前擔任上海科普教育發(fā)展基金會的理事長。我們針對“一老一少”群體，尤其是幼兒園到中學的學生，開展了很多科普活動，這也是我的興趣所在。

前不久，我去了山西左權縣的紅軍小學捐贈流動科技館，這次活動得到了中國科協(xié)、上海市科協(xié)、上海科技館、上海自然博物館等單位的聯(lián)動支持，大家齊心協(xié)力，讓科普工作真正落地。

展望“十五五”，AI與新材料的融合將成為大趨勢，也是國家戰(zhàn)略的重要方向。我相信，在科技界、產(chǎn)業(yè)界、教育界的共同努力下，我們一定能破解數(shù)據(jù)瓶頸，催生更多新材料、新技術，縮短研發(fā)周期，推動材料科技自立自強。而我自己，也會繼續(xù)堅守纖維領域，用AI賦能，培養(yǎng)更多優(yōu)秀的科研人才，推動中國從“纖維大國”真正邁向“纖維強國”，讓小小的纖維，承載起更大的科技夢想。

中國科協(xié)之聲：未來，您覺得我們穿的衣服會因“AI+新材料”發(fā)生哪些今天看來像“魔法”一樣的變化？

朱美芳：未來服裝真正具有“魔法感”的變化，不在于簡單疊加智能器件，而在于將信息功能從“附著在織物上的器件”前移到“纖維與結構本體之中”，從而構建一個具備感知—認知—調控閉環(huán)的軟性智能系統(tǒng)。

通過可編程多功能纖維，服裝能夠對人體生理狀態(tài)與外界環(huán)境進行連續(xù)、分布式感知，并借助嵌入式低功耗AI在織物層級完成基礎判斷，使其從“被動響應”走向“主動理解”；進一步依托材料自身的熱響應、力學響應與結構可變特性，實現(xiàn)對溫濕環(huán)境、穿著舒適性乃至人體狀態(tài)的自適應調控，甚至在無感狀態(tài)下參與健康管理。同時，通過能量采集與分布式供能，服裝可實現(xiàn)長期穩(wěn)定運行。

其本質性的變化在于：紡織材料將由單一的被動載體，演進為兼具信息處理與功能輸出能力的系統(tǒng)性材料，在保證柔軟性、可制造性與安全性的前提下，逐步逼近具有“感知與調節(jié)能力”的第二皮膚。

訪談手記

4月10日，在首屆中國“AI+新材料”大會現(xiàn)場訪談朱美芳院士時，她的嗓子沙啞得厲害。

這場在中國科協(xié)指導下，由中國材料研究學會主辦的行業(yè)盛會，凝聚了無數(shù)深耕領域的研究者，推動著我國新材料產(chǎn)業(yè)突破技術瓶頸、搶占行業(yè)高地，走向更廣闊的應用場景。

朱美芳院士接受中國科協(xié)之聲訪談。

朱美芳便是這群默默耕耘的科技工作者中的代表之一。長期堅守科研教學一線、與產(chǎn)業(yè)高頻交流，以及無數(shù)次科普講座，讓她的嗓音留下了明顯的磨損。對科研工作，她常對學生說六個字：熱愛、堅持、忘我。而這，其實也是她自己真實的寫照。

她的每一步前行，都始于熱愛，對纖維事業(yè)的赤誠熱愛；成于堅持，面對無數(shù)次實驗失敗仍不放棄的執(zhí)著堅持；終于忘我，一心為國家材料事業(yè)謀發(fā)展的無私奉獻。

她身上，還有一種溫暖的氣場。參會前一天，她仍在為廣州大學附屬中學南沙實驗學校做科普講座；在會場，她一次次主動與同仁熱情交流；我們訪談時，她身上沒有大科學家等標簽的距離感，有的是一種想把所見所思都掏給你的真誠。

從傳統(tǒng)纖維到功能纖維，再到智能纖維，這根細細的絲，一頭連著國家的產(chǎn)業(yè)崛起，一頭連著一代代科研人的薪火傳承。

感謝她的溫暖講述。愿這份科學家精神，以及用AI賦能新材料的創(chuàng)新理念，通過我們的平臺，傳遞給更多人。

中國科協(xié)之聲訪談編輯 陳盡美