阿尔贡国家实验室 陈俊宏，阿贡首席水战略家
学分:阿尔贡国家实验室 许多问题围绕着如何最好地解决涉及有效管理我们宝贵的水资源的众多问题
我们问了几个关于水科学和工程的问题，陈俊宏是美国大学的首席水战略家
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能源部阿尔贡国家实验室和芝加哥大学普利兹克分子工程学院的分子工程教授
在来芝加哥之前，陈曾担任美国大学工程研究中心项目主任
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国家科学基金会
问:水资源研究对国家对可持续能源、经济繁荣和安全的需求有何重要意义？ 答:水是我们社会不可或缺的资源，因为它是维持生命和经济繁荣所必需的
例如，从能源到食品、衣服、汽车和电子产品，几乎所有的生产都需要水
因此，它是我们生活中不可或缺的一部分，不仅仅是解渴
我们未来的经济和国家安全在很大程度上取决于清洁水的供应
然而，可再生淡水供应有限，没有替代品
人口和经济增长、气候变化和城市化进一步加剧了全球日益严重的水资源压力
因此，我们迫切需要科学和工程解决方案，以更有效地管理我们宝贵的水资源
围绕节水、循环利用、回收和再利用的研究和创新对于满足国家需求至关重要
为了应对迫在眉睫的水危机，白宫发起了由能源部牵头的水安全大挑战
其目标是推进转型技术和创新，以满足全球对安全、可靠和负担得起的水的需求
问:阿尔贡近期为水科学做出贡献的策略是什么？ 答:我们把阿贡的水之作命名为“水+人工智能”
“我们的使命是追求人工智能赋予的水科学和工程
我们的基本策略是利用人工智能的力量来应对能源部水安全大挑战和许多与能源和水之间的关系相关的科学挑战
这将包括连接人工智能和水研究社区
阿尔贡的水+人工智能策略可以在网上找到
问:阿贡给水+ AI带来了哪些独特的能力？ 答:阿尔贡有三种主要能力，这三种能力使我们能够独一无二地应对国家紧迫的水资源挑战
首先，Argonne在一个屋檐下提供广泛的专业知识，包括材料科学、化学、物理、生物、工程、制造、人工智能/机器学习、高性能计算、可持续性分析和量子科学与工程
这种极其广泛的专门知识可以用来应对与水有关的最复杂的社会挑战
其次，阿尔贡已经启动了它的“人工智能促进科学”计划，并且在发展推进人工智能所需的数学基础、硬件、软件、数据、伙伴关系和基础设施方面，在美国能源部国家实验室中发挥着领导作用
阿尔贡在人工智能领域开拓性进展的悠久历史将使水资源的转型解决方案成为可能，否则这是不可能的
最后，阿尔贡拥有世界级的研究设施，如先进光子源、纳米材料中心(CNM)、阿尔贡领导计算设施(ALCF)和材料工程研究设施(MERF)
美国物理学会、CNM和ALCF都是美国能源部科学办公室的用户机构
APS提供超亮的高能x光，可用于探测水-材料界面，甚至观察纳米尺度上发生的化学过程
CNM是跨学科纳米科学和纳米技术研究的主要用户机构，致力于解决国家面临的重大挑战，如水带来的挑战
2022年，ALCF将增加新的极光数据库超级计算机作为计算资源，它将以最小的空间和时间分辨率提供模拟水-物质界面的前所未有的能力
阿尔贡已经是世界上最快的人工智能计算机——大脑CS-1系统的所在地
MERF应用先进的合成和加工技术，为新发明的实验材料(包括水材料)开发可扩展的制造工艺，使其可用于工业评估、原型制作和进一步研究
问:阿尔贡在水研究领域有哪些重大成就？ 答:阿尔贡研究人员对水科学做出了许多开创性的贡献
最近的一个例子是对辐射引起的水分子分解的最快化学过程的观察，了解这一过程对不同领域至关重要，例如水冷核反应堆和辐射引起的基因组损伤的医学研究
另一个例子是使用人工神经网络模型结合机器学习(ML)来预测关键的水属性
阿尔贡还开发了重要的许可技术，包括油海绵
这种可重复使用的海绵可以在溢出和泄漏后从水体中回收石油和其他石油产品，在多方面超越了行业标准技术
同样值得一提的是，为了表彰阿尔贡在水研究领域的能力，能源部于2018年选择阿尔贡国家实验室领导能源部能源前沿研究中心——能源-水系统高级材料中心
问:在Water + AI的哪些研究领域，你看到了Argonne在未来十年的成长？ 答:通过水+人工智能战略，阿贡将在未来十年在开发三种智能水系统方面取得重大进展
这些是适合用途的水系统、水能源系统和水管理系统
成功需要六个领域的增长:水材料、水传感器和控制、选择性分离、建模和人工智能/分子生物学、制造和可持续性
阿尔贡人工智能正在解决的可持续发展的一个增长领域是围绕污染物、全氟和多氟烷基物质的挑战
有成千上万的全氟辛烷磺酸化合物
它们存在于食物、商业家用产品、炊具、工作场所、生物体、饮用水和地下水中
就有害健康的影响和水的再利用而言，它们对国家构成了巨大的挑战，而国家清理的成本估计高达数十亿美元
解决这一挑战将对水循环产生重要影响，因为我们需要在水再利用之前提取所有的全氟辛烷磺酸
问:你想让人们了解阿尔贡的水+人工智能的一个关键点是什么？ 答:阿尔贡的水+人工智能战略将通过为许多挑战提供具有成本效益和社会责任的解决方案，潜在地改变水行业
我们将通过与利益相关者的合作来实现这一愿景，这些利益相关者包括地方、州和联邦政府、学术和国家实验室合作者、工业合作伙伴、非营利组织和地区经济发展中心
因此，我们期待着与现有合作者发展伙伴关系，并与新的合作者建立伙伴关系
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