全球最強“AI發酵工程師”來了！

最近，上海交通大學李金金教授團隊甩出一顆重磅炸彈：團隊打造了“基于遷移學習和物理可解釋的小樣本AI工業自動控制系統”——ManuDrive。

通過軟硬件相結合，AI不僅能實時監控工廠動態，精準地規劃出物料的配比方案，還能指揮生產設備自動化作業，包括精準控制溫度、控制通氣系統等。

在生物發酵領域，時間是一個很大的影響因素：微生物在各個生長階段的差異十分顯著，它們的生長狀態關系到整個發酵過程的成敗。這也是全球首個將“時間維度”引入工業控制領域的AI，團隊稱其為“人工智能工業制造超級工程師”。據悉，該成果已經成功落地轉化。人工智能全面接管工廠后的最近一個月，就將產量向上突破了3到5個百分點。團隊稱，該系統具有強大的可拓展性，可以用于大多數制造工廠中。

1. 軟硬件結合，7x24小時動態監控

ManuDrive由上海交通大學李金金教授團隊，與抗生素龍頭川寧生物共同打造。川寧生物是國內抗生素中間體的龍頭企業，主要產品涵蓋硫氰酸紅霉素、頭孢、青霉素等抗生素中間體以及UDCA高端原料藥、輔酶Q10等。基于生物發酵法工藝路線，目前川寧生物建設500立方生物發酵罐，為當前全球抗生素生產領域最大單體發酵罐。然而發酵過程是一個復雜的動態過程，要“伺候”這些微生物菌種并不容易。菌種對環境要求非常高，發酵過程中要考慮溫度、PH值、溶氧量、碳氮比等上百個維度數據，包括加料速度、混合均勻性都會影響發酵結果。因此需要進行大量實時的參數檢測與跟蹤，傳統發酵過程中，這依賴工程師24小時全天候值守，才能獲得穩定批次的發酵產物。有了AI超級工程師，距離川寧新疆工廠3000公里外的上海，就能夠實時監測和預測整個發酵過程。

簡單而言，整個ManuDrive系統通過軟硬件結合方式運行，即AI智能大腦+傳感器系統，實現對發酵過程的自動化精準控制。在軟件層面，ManuDrive學習掌握了18萬條工藝參數，通過深度挖掘并分析海量的歷史生產數據，精確規劃出物料的配比方案，同時對生產系統實現智能控制。在硬件方面，通過對發酵罐等各類生產設備設置各類傳感器，能夠實時捕捉PH、溶氧量、等各項參數，并將其源源不斷反饋給AI系統進行分析。AI接受這些參數之后，可實時生成未來每一時刻的最優發酵方案。引入時間維度動態變化后，AI能夠以毫秒級的速度對整個發酵過程進行精準調控，并且能夠提前預測產量和發酵趨勢，生產誤差非常小。以抗生素發酵7天的周期為例，在發酵進行到第20小時的時候，ManuDrive就能生成從第21小時、第22小時、第23小時，一直到最后第150小時的完整發酵操作方案，通過精準神算“預測”整個生物制造過程。

在生產過程中，軟件系統通過向硬件設備發送指令，確保生產流程的自動化運行。例如發酵罐可根據指令自動啟停，溫度調節裝置能按預設參數精準調控反應溫度，通氣控制系統則維持穩定通氣量，各硬件執行單元精準協同運作，從而保障生產過程的精確性和連續性。

AI如同一位全能的生物發酵工程師，不僅能夠實時掌控生物發酵過程，還能預測未來發酵走向。通過AI發酵工藝進行優化，可以將發酵菌種的抗生素生產潛力充分發揮出來，能直接提升產能和產物穩定性。ManuDrive落地川寧生物后，川寧在生產、配方等多方面實現了顯著提升。而AI全面接管工廠后的最近一個月，就將產量向上突破了3到5個百分點。對于年產值超過50億元的大廠，接受AI管控的多個罐體預計今年就可增產一成左右。

2. 已轉化公司，川寧入股

事實上，該落地成果源于川寧生物一年前簽署的合作。

2024年2月，川寧生物公告與上海金珵科技有限公司建立戰略合作關系，雙方就抗生素中間體發酵產業的優化升級、利用AI輔助合成生物學研發及合作開發新產品等，提升川寧的生產方式和生產效率。而金珵科技就是李金金教授創辦的公司，于2023年12月成立于上海。川寧生物入股了金珵科技，持股比例達到16.67%。此前川寧生物曾表示，如果能夠順利實現AI賦能目標，未來川寧生物有可能可以滿足全球硫氰酸紅霉素的供應需求，相信同時能大幅提高成本效益。李金金現為上海交通大學人工智能與微結構實驗室主任，曾在美國伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校、加州大學圣芭芭拉分校進行學習研究，其團隊在“AI for Science”領域深耕10余年，開發了具有自主知識產權的生物和材料領域的專業大模型AlphaBio和AlphaMat。

據介紹，ManuDrive基于軟硬件結合的方式，有別于傳統AI需要大量數據，同時減少“算法黑箱”帶來的可解釋性問題。此外，基于AI+傳感器的軟硬件結合模式，訓練效率提升了數十倍，大大縮短了從模型開發到實際應用的周期。操作人員還能夠直觀理解模型決策依據，還能基于因果邏輯對生產策略進行靈活調整，提升生產決策的科學性與可靠性。也就是說，ManuDrive憑借創新算法架構，僅需十幾張GPU卡，配合傳統AI模型中5%的數據量，就能實現連續、精準的推理預測。

這一突破不僅大幅削減企業在算力資源上的資金投入，更顯著降低智能化改造成本，讓中小型企業也能以低成本部署高效 “AI工業大腦”。

與川寧的合作也為團隊積累了部署大型工廠的經驗，未來該系統還可以落地到食品、芯片制造、環保、生物醫藥等工業場景。

北京鴻潤寶順科技有限公司創建于2008年，位于北京自由貿易試驗區科技創新片區，是一家以蛋白胨、大豆蛋白胨、胰蛋白胨、酵母浸粉、牛肉浸粉、等微生物培養基原材料和發酵原料為主，集研發、生產、銷售為一體的現代化高新技術企業。2020年在四川省閬中市建立生產基地。產品供應全國所有生物醫藥產業區，為行業企業提供大量生物發酵所需的有機氮源原料，不斷創新技術、調整配方、升級工藝，用更好的產品助力行業發展。