油墨和涂料配方中的人工智能和机器学习

使用人工智能和机器学习可以让配方师显著缩小可能性范围，从而节省时间进行更多创新。

人们对人工智能 (AI) 和机器学习 (ML) 的潜力有着浓厚的兴趣。人们对人工智能的担忧几乎与对人工智能的担忧不相上下。围绕人工智能存在诸多疑问，其中之一是如何利用人工智能造福工业。企业正在慢慢发现其潜力。

人工智能 (AI) 和机器学习 (ML) 到底是什么？

人工智能 (AI) 是一个广泛的领域，旨在创造能够模仿人类智能的机器。而机器学习 (ML) 是人工智能的一个子集，专注于使机器能够从数据中学习，并在无需明确编程的情况下提升其性能。

迈阿密大学工程学院实践教授、产品设计硕士课程主任兼化学、环境与材料工程本科课程主任萨米乌尔·阿明 (Samiul Amin) 一直处于人工智能的前沿。他指出，虽然人工智能和机器学习是目前备受关注的领域，但它们并非完全是新技术。

“人工智能和机器学习是从存在已久的专家系统发展而来的，”阿明说道。 “在研发、质量控制、流程优化和制造业的预测性维护，以及医疗保健领域的诊断和治疗计划等领域，已经出现了可以指导仪器进行特定测量的专家系统。

人工智能和机器学习已经从专家系统（其性能取决于最初编入其中的知识）进化到如今的人工智能/机器学习系统，通过不断学习新数据，你可以获得更高层次的洞察和指导，”Amin 指出。

“人工智能的普及进展缓慢，人们并不知道如何有效地使用它，”他补充道。“利用人工智能进行产品开发，你可以调整配方以实现某些性能特征，并将其提升到如果不进行数百次实验就无法实现的水平。”

油墨和涂料公司如何在配方中使用人工智能和机器学习

具体来说，人工智能可以通过多种方式使涂料和油墨制造商受益。配方是人工智能的理想领域；Amin 教授与 Yelena Yesha 教授（迈阿密大学 Knight 基金会数据科学和人工智能讲座教授）共同创立了 FastFormulator Inc. 公司，该公司在其学科中利用化学智能（人工智能/深度机器学习/配方科学的结合）。

“我们最近为一家大公司研究可持续的油墨配方，”Amin 说。“我们正在研究可生物降解的配方。一个重要的领域是油墨的流动方式。例如，对于圆珠笔，油墨的流动方式决定了油墨在纸上的流动，并会影响颜色强度和书写质量。这取决于粘度和流变性。

“如果一家公司想要创造一种全新的可持续油墨或涂料配方，就必须重新开始，”Amin 继续说道。“你不能让油墨的颜料沉淀下来；必须将它们悬浮起来以确保颜色均匀。喷涂油漆也是一样；你必须确保涂层配方保持稳定，喷涂有效，不会堵塞喷嘴，并且获得良好均匀的覆盖率和良好的色彩强度。”

Amin 指出，使用传统的重新配方工作非常耗时且耗费资源。

“配方中有几种成分可以控制表面特性、流动特性和稳定性，”他指出。“优化配方需要进行多次测试，一次改变一种成分，直到获得正确的混合。 对于喷墨打印，流动速度非常高（高剪切速率），这一点非常重要，你必须确保优化的流动特性并避免颜料堵塞。 人工智能和机器学习可以大大加快这个配方优化过程。 你不用做 100 次实验，而是可以减少到 10 次甚至 5 次。”

配方中还有更多因素。新法规可能会生效，从而改变允许成分的供应。FastFormulator 还使用人工智能来保持最新状态，以及知识产权 (IP) 和专利信息。

“人工智能还可以监控任何监管或合规方面的变化，”Amin 指出。“然后，人工智能可以为您提供允许的替代品。当新法规生效时，通常不是一对一的替代，这会耗费大量人力。它还可以帮助监控知识空间，并帮助您在不同行业中找到类似的配方，从而为公司带来竞争优势。”

利用人工智能创作新的墨水或绘画

Amin 举了一个开发新型可生物降解油墨或涂料的例子。

“油墨或涂料需要颜料、乳化剂和聚合物，这些都必须是可生物降解的，”他说道。“所有这些成分传统上都基于石油，但现在你希望它们全部来自植物或生物基来源。如果我是一家涂料或油墨公司，我该怎么做？”

“现在有很多供应商提供多种可生物降解聚合物、乳化剂、颜料和染料的选择，”Amin 继续说道。那么，您如何知道哪一种材料能够达到客户期望的性能呢？这是一个不断发展的领域，新的环保材料选择层出不穷。如果您是像阿克苏诺贝尔、宣伟或PPG这样的大型涂料公司，您的客户对您的品牌有一定的期望。您可以选择各种新型环保材料，并按正确的比例进行组合，才能达到预期的性能。每种组合都需要进行测试，这可能需要数月甚至数年的时间。Amin表示，借助人工智能，配方师可以在数小时内完成这些组合。

“您将成分输入系统，系统会自动提供建议，”Amin补充道。“它可能会为您提供五种最佳的配方。您仍然需要测试这些配方，但现在您已经有了一个优化的起点。”

除了化学配方、法规合规性和知识产权监控之外，FastFormulator还可以定制以处理其他任务。

“我们的主要专业领域是人工智能/机器学习/深度学习，以及在配方/胶体科学、流变学、表面活性等领域的深厚科学专业知识，”Amin 指出。“我们的首款产品是化学智能模型，它可以优化正确的材料组合。我们也可以涉足制造环节，因为你必须确保加工（混合/泵送/管道流动）的准确性。我们还有第二个关于合规性和法规的人工智能模型，它可以收集实时信息。第三个模型负责监控知识产权和专利。

“我们还可以定制这些产品，”他补充道。“我们采用订阅模式，持续更新模型和法规，并添加新的成分。我们还为没有实验室的中小型公司提供人工智能服务，因为我们拥有设备齐全的配方实验室，可以利用我们的人工智能/机器学习平台和配方实验室为他们定制产品配方。”

“我们已经完成了定制油墨配方，并与油漆和涂料行业的化学品供应商合作，”Amin 说道。“我们为消费品行业和农业应用进行配方开发。”有趣的是，乳液、表面活性剂/聚合物混合物、流动特性、表面特性和稳定性方面的基础科学是相同的。”

对人工智能的担忧

人们对人工智能的使用存在一些合理的担忧。人们担心失业，而且人们认为人工智能可以自行决策。阿明表示，这种担忧毫无根据。

“目前，人们对人工智能存在一定的犹豫，”阿明说道。“人们对人工智能的功能了解不多。关键在于要理解人工智能是一种可以帮助我们提高生产力的工具。你必须了解这个工具的功能。如果没有我们的指导，工具什么也做不了；我不认为人工智能会自己去创造东西。

“它的使用效果如何是一个问题——它仍然需要证明自己的价值，而只有得到有效的应用，它才能展现其价值，”阿明补充道。“最近的一项研究表明，只有6%的大公司采用了人工智能，而其他公司仍在努力了解它能做什么。我们看到很多初创企业进入市场，但他们也不了解人工智能的真正价值。”你必须以正确的方式使用人工智能，滤除噪音，并通过融合人工智能/机器学习/深度学习/配方-胶体-材料科学来发现真正的价值。

“人工智能是一种工具，需要被采用——人们害怕改变，如果我们正在做的事情有效，为什么还要改变呢？这是一个问题，因为人们抗拒改变。关键不在于修复流程，而在于加速流程。重复性行为并非我们智力的最佳利用方式。人工智能让我们更具创新性。公司需要为未来预留一些资源，以便有效地采用人工智能。人工智能需要文化变革和思维方式变革，而这很难实现。教育必须发挥关键作用。

最终，Amin 看到了人工智能和机器学习在油墨和涂料配方方面的巨大机遇。

“人工智能将显著加快产品上市时间，”Amin 总结道。“你节省的时间是一种机会成本，它能让你更快、更有效地推出创新产品。”