在现代农业生产中，农药的使用对于保障作物生长、提高产量和品质具有不可或缺的作用。数据显示，使用农药每年可为全球农作物挽回三到四成的产量损失；而在中国，使用农药每年挽回的产量损失更是超2800亿斤。
当前，对人类健康安全无害，对环境友好，超低用量，具有高选择性，以及通过绿色工艺流程生产出来的绿色农药既是现代农业“提质增效”的关键之举，也是建设农业科技强国、保障粮食安全的战略举措。
但也要看到，绿色农药的创制是国际公认的重大科技难题，涉及广泛学科交叉，往往需合成大量化合物，并需要历经多年验证，成本高昂且风险巨大。也正因此，将高性能计算、大数据以及人工智能等新兴技术应用于绿色农药创制研究，提高绿色农药创制效率，已成为重要的发展趋势。
在此背景之下，华中师范大学绿色农药全国重点实验室联合武汉人工智能计算中心、华为，开发出的全球首款软硬件全栈创新领先的农药分子设计“神农”一体机，为农药创制人员提供了强大的算力和算法支持，无疑就具有重要而深远的价值。
01.
绿色农药亟待高质量发展
作为农药生产、使用、出口大国，中国农药创制经历了“低效高毒-高效高毒-高效低毒-绿色农药”的发展过程，整体能力不断增强，产品结构明显优化，在“保供给、保安全、保生态”方面发挥了不可替代的价值和作用。
但随着重大病虫害呈多发重发态势，防控任务加重，加之林草、卫生等领域需求的增加，以及当前人民对美好生活的向往需要提供安全多样的农产品，都对农药产业绿色高质量发展以及绿色农药的创制提出了更高要求。
可以看到，近年来，国家高度重视农药科技创新与产业发展，特别是在国家发布的《“十四五”全国农药产业发展规划》中，就明确提出要“加强农药产业关键核心技术攻关，通过优化协同创新路径，加大优势科研资源整合，推进产学研深度融合，提升我国农药产业原始创新、协同创新和集成创新能力。”
与此同时，绿色农药的创制一直是国际公认的重大科技难题，这是一项非常复杂、多学科集成的系统工程，平均耗资巨大，且耗时长。数据显示，由于农药登记要求的变化以及对农药性能要求的不断提高，现在成功开发一个新农药，需要合成筛选约15.9万个化合物，耗资超过3亿美元，从首次合成到上市平均历时11.3年。
近些年，随着高性能计算和人工智能辅助药物分子设计技术的持续创新，则为绿色农药的创制以及产业高质量发展带来了“弯道超车”的机会。例如，人工智能辅助的绿色农药研发，可以其精准的数据分析能力，对农药成分、作用机理以及环境影响进行深入挖掘。通过机器学习算法，筛选出高效且低毒的化合物，同时评估其生态兼容性，确保新农药的环境友好性。这种由数据驱动的研发模式，不仅缩短了农药从实验室到田间的时间，还大大提高了研发的成功率。
不仅如此，随着AI技术的发展，其还能够根据不同地区的气候、作物种植习惯以及害虫发生规律，智能化推荐最适宜的农药品种和施用时机。这种定制化的农药使用策略，能够在保证防效的同时，最大程度减少农药的使用量，减轻对环境的负担；此外，人工智能还在农药的风险评估与监控中发挥重要作用。通过对农产品质量、土壤和水体等环境因素的实时监测，AI能够及时预警可能的风险，并指导农户进行科学施药，保障农产品的安全与健康。
由此可见，通过引入包括高性能计算和人工智能在内的新技术，持续提升绿色农药创新研究水平，推动国家农药产业高质量发展和绿色新质生产力的打造可以说不仅是“趋势所在”，更是“迫在眉睫”。
02.
智慧平台建设“创新先行”
在这方面，华中师范大学绿色农药全国重点实验室可谓“一马当先”， 其团队一直致力于用人工智能等新兴技术辅助绿色农药分子设计，不仅率先建立了人工智能辅助的类农药性预测模型，打造了全球首个基于高性能计算与人工智能驱动的绿色农药分子设计专用软件技术平台Pesticide Discovery AI（PDAI）。
PADI软件涵盖了靶标发现、苗头产生、从苗头到先导、先导优化、候选化合物选择、毒性预测、抗性预测等多个农药创制的关键环节，同时还整合了人工智能辅助的原创性分子靶标发现新算法、人工智能辅助的原创性先导结构发现新算法、人工智能辅助的类农药性分析新算法、人工智能辅助的农药代谢行为及环境毒理学性质预测算法等，在人工智能技术的加持之下，该平台能够大幅减少需要合成筛选化合物数量，大幅降低研发资金投入，大幅缩短研发周期，同时显著提高研发效率和成功率，助力发现高效、安全、经济的绿色农药先导化合物，推动绿色农药创制技术的变革。
在此基础上，华中师范大学绿色农药全国重点实验室还与武汉人工智能计算中心、华为技术有限公司共同开展合作，并基于鲲鹏CPU、欧拉操作系统等芯片和操作系统等“根”技术进行联合创新，开发了全球首款软硬件全栈创新领先的农药分子设计“神农”一体机，使得以往研发平均需要11.3年的时间，缩短到的现在只需1到3年。
该一体机采用鲲鹏服务器做计算、存储与管理，中间通过高速网络互联，能够提供计算、存储可弹性扩展灵活架构，帮助用户获取极致有效算力，同时基于全栈软硬件的深度优化也使得搭载在“神农”一体机之上的PDAI平台能够应对复杂的农药分子设计任务时更好发挥性能潜力，真正为农药创制人员提供强大的算力和算法支持。
据了解，“神农”一体机在近期多个农药技术创新会议上展示，就引起了参会者的强烈关注，未来也将面向全国农药企业、科研院所进行推广，实现联合创新、产业成果转化。可以说，它的成功研发和推出，为未来绿色农药的创制提供了极具借鉴和参考的新价值。
一方面，基于高性能计算和人工智能辅助药物分子设计技术，持续创新绿色农药的创制，将为破解绿色农药创制这一国际公认的重大科技难题提供“新路径”，为未来绿色农药的创制和发展提供更多的想象力和创造力。
另一方面，借助鲲鹏CPU、欧拉操作系统等“根”技术打造的全栈创新领先的一体机，则为突破绿色农药分子设计中所面临的“卡脖子”技术提供了“新选择”，为我国实现高水平的农业科技自立自强提供了关键技术支撑。
全球首款软硬件全栈创新领先的农药分子设计“神农”一体机的成功推出，背后同样也是学科交叉协同创新的重要体现，也是强强联合创新突破“卡脖子”技术难题的“标杆”案例，相信未来在各方的共同努力下，高性能计算和人工智能辅助药物分子设计技术，也将在新时代绿色农药创制的过程中“大展拳脚”，持续推动绿色农药产业高质量发展再创“新篇章”。
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