拥有大量3D打印和AI技术的橡树岭实验室，新领导上任专访

在美国，最重要的科学领导角色之一是国家实验室主任。

担任这一职位的最著名的人物是J·罗伯特·奥本海默 (J. Robert Oppenheimer)，他在曼哈顿计划期间担任阿拉莫斯国家实验室主任，并在克里斯托弗·诺兰 (Christopher Nolan) 的奥斯卡获奖影片《奥本海默》(Oppenheimer) 中获得了明星待遇。

如今，橡树岭国家实验室并不像二战时期的阿拉莫斯实验室那样庞大，阿拉莫斯仍在继续从事国家安全工作。

然而，橡树岭是能源部最大的科学技术实验室，拥有 6,500 多名员工，预算约为 25 亿美元。它自称为“世界首屈一指的研究机构”。

它的负责人必须身兼多职，以协调跨领域和最高水平的科学。

史蒂芬·斯特莱弗（Stephen Streiffer）于去年底走马上任，领导开展尖端研究，确保“美国作为科学领导者的地位”的使命。

该实验室有各种独一无二的工具，包括世界上最快的超级计算机、创世界纪录的粒子加速器和核反应堆，该核反应堆可产生用于启动核电站和为NASA 火箭提供燃料的稀有放射性材料。他还了解了实验室运作的数千名人员中许多人的名字和故事。

橡树岭国家实验室与奥本海默和第一个核武器的制造并没有那么遥远的联系。第二次世界大战期间，橡树岭国家实验室的代号为“X-10”，它是石墨反应堆的所在地，这是世界上第一个连续运行的核反应堆，证明铀可以转化为钚。

尽管如此，橡树岭国家实验室的历史仍然与曼哈顿计划和核时代的诞生密切相关。纵观其历史，该实验室已建造并运营了 13 座核研究反应堆，为商业核电和医用同位素等行业提供新发现。

Streiffer 主任拥有斯坦福大学材料科学与工程博士学位和莱斯大学材料科学学士学位。 橡树岭实验室的工作多种多样，从核聚变到 3D 打印，再到植物遗传学和人工智能，这与他以前经历过的任何事情都不一样。

这篇与Streiffer 主任的采访，介绍了他在人工智能和清洁能源等紧迫问题上的思考，以及他如何看待该实验室的起源。

采访记录

问：橡树岭国家实验室主任这个角色让您感到惊讶的是什么？您热爱这份工作的哪些方面？

主任答：我喜欢每天上班。真正令我满意的是看到我们在这里所做的工作的广度。今天我刚刚有机会与我们的一些核燃料人员一起走动，他们所做的事情令人兴奋。从外界看来，橡树岭国家实验室的投资组合是多么多样化，但只有当你亲身经历过之后，你才会真正意识到这一点。

有一件事不会让住在这个地区的人感到惊讶，但让外来的人感到惊讶：这是一个非常适合居住的地方。我的意思是，这里实在是太美了。我认为这就是诺克斯维尔及周边地区发展如此迅速的原因之一。

问：您认为担任董事职务的首要任务是什么？您是否感觉到他们与您的前任有所不同？

主任答：不，我认为实验室一直处于良好的发展轨道上。这包括我们在计算方面所做的工作、我们在材料方面所做的工作、我们在生物和环境系统科学方面所做的工作。我们有新的机会，例如，在聚变方面，我们可以利用我们在材料方面的专业知识并将其应用于新问题。所以对我来说，最大的机会是橡树岭国家实验室真正拥有独特的优势，并将它们结合起来做其他人、其他实验室和其他机构确实无法做到的事情。

诺克斯新闻：橡树岭国家实验室对今年总统选举后可能出现的资金变化的影响程度如何？是否会出现某种资金冲击？

主任答：实际上我对此并不十分担心，原因有几个。其一，如果你看看两党基础设施法和降低通货膨胀法案投入的大量资金，就会发现其中很大一部分实际上是用于工业界的示范和部署资金，这是一件好事。实验室系统在该领域的作用相对较小。

实验室的产品组合也非常多样化，因此我们受益于不同的管理部门有不同的优先事项这一事实。不管优先级如何，我几乎可以保证橡树岭正在优先领域做一些事情。橡树岭实际上已经大幅增长，我认为我们确实需要关注影响，而不是增长。事实上，我们现在的物理设施在很多方面都已经达到了极限。

诺克斯新闻：听起来你是说橡树岭国家实验室不需要建造更多的建筑物，不需要增加那么多的员工，因为你已经达到了最大容量。那是对的吗？

主任答：我们有幸真正关注那些我们能够产生最大影响的事情，而不是仅仅接受我们遇到的任何工作。能源部对我们投入巨资，实验室在过去几年里在设施更新方面做得非常出色。

诺克斯新闻：人们倾向于谈论橡树岭国家实验室，就像它是一个巨大的大脑或一个创意工厂，而不是一个每天有成千上万人来到的主要工作场所。在劳动力方面，您的优先事项是什么，使橡树岭成为每天工作的好地方？

主任答：我很早就被问到的问题之一是，“对你来说，橡树岭国家实验室的使命和橡树岭国家实验室的人民哪个更重要？”我的回答是，没有人，你就无法完成任务。实验室的工作人员是产生实验室创造力的想法的人。这是他们的实验室。我为他们工作。我的工作是让他们成功。

我们需要继续对园区进行现代化改造，为人们提供良好的工作环境。很容易发现你自己强加了很多非常复杂的行政流程，而不是真正尝试对能源部传递给我们的东西做出回应。我真正的使命之一是尝试对实验室的运营方式进行创新，让在这里工作尽可能轻松、有趣。

诺克斯新闻：实验室计划如何平衡快速开发人工智能技术，同时确保安全地完成，并且不会威胁人类智能？

主任答：我认为推动人工智能科学发展的基础就是试图确定拥有真实人工智能意味着什么。这并不是在推动人工智能前进的同时努力让人工智能值得信赖之间取得平衡，我们必须共同努力。它们必须完全按照我们在国家实验室综合安全管理系统中谈论的方式编织在一起。安全实际上是你工作方式的一部分。我们必须为值得信赖的人工智能做同样的事情。否则，整个领域就会崩溃。

诺克斯新闻：该实验室去年庆祝了 80 周年，接下来还有很多曼哈顿计划的周年纪念日。原子弹的制造是一个有点复杂的遗产。您如何看待曼哈顿计划的起源？

主任答：科学技术永远是一把双刃剑。我们总是必须退后一步，问我们不仅可以做某事，而且问我们应该做些什么吗？特别是作为深入参与曼哈顿计划的实验室之一，我认为我们比很多人做得更好。我们可能以最极端的方式度过了这一切。

但我们也不能因此而瘫痪。我们总是会根据我们在任何时间点都能获得的最佳信息来修改我们的思维方式和模型。我认为这是曼哈顿计划的遗产之一，它必须成为橡树岭国家实验室 DNA 的一部分。

诺克斯新闻：在核电问题上，很难找到比橡树岭更支持核的地方了。不过，过去在推进先进核项目方面遇到了很多困难。目前核能有何不同？橡树岭国家实验室如何防止这些项目陷入停滞？

主任答：我认为田纳西州、国家和世界现在面临的问题是围绕可持续发展和清洁能源的一系列相互关联的问题。这给了我们一个非常独特的历史时刻，许多力量聚集在一起，说我们现在必须这样做。

挑战之一始终是部署新技术的成本高昂。我们能做的就是帮助降低风险，利用这里的专业知识和知识，与政府机构和核电行业合作，并尝试弄清楚我们这次如何真正实现这一目标，以一种最终能够负担得起的方式。必须为此付出代价的人——纳税人和纳税人。

诺克斯新闻：在新冠疫情期间，您共同领导了国家虚拟生物技术实验室。您认为美国今天面临的问题是否同样紧迫？

主任答：你可能会提到气候变化问题、可持续发展问题或清洁能源问题，这些问题与新冠病毒带来的威胁一样紧迫。水安全是目前世界各地的一个大问题。我们认为气候变化正在导致越来越多的恶劣天气事件。除非我们认识到这些问题的紧迫性，就像我们对待新冠病毒一样，否则人类将处于一个非常糟糕的境地。我认为这一系列的事情确实与燃烧化石燃料有关。这不是50年的问题。这是现在的问题。

诺克斯新闻：实验室的技术转让办公室着眼于实验室的创新，并将其实际上转化为私营科技公司的专利。这些伙伴关系发挥什么作用？

主任答：我认为如果我们要在长期内做出改变，这绝对是必要的。最终，你需要将东西交到私营部门手中，这样它们才能真正作为一项经济活动来交付。我认为我们在橡树岭国家实验室有一些很好的例子，比如我们在制造示范设施中所做的工作，我们每年都会引进数百家公司与我们一起开展项目。

我们希望开展的工作不仅能够支持公司，而且能够真正创造知识产权，而国家实验室在这方面不如大学。我认为这是我们必须弄清楚的事情。

诺克斯新闻：成为能源部机构的一部分是为了国家利益而从事科学研究。橡树岭是否认为自己在科学上与其他国家和其他政府竞争？

主任答：这个词是什么？是“合作”吗？两者都有一点。我们实验室的大部分钱都是纳税人的钱。我们有义务帮助人们了解我们所做的事情，同时也有义务为纳税人带来回报。我们确实希望确保维持和加强美国在世界上的地位，其中包括其经济竞争力。它也包括我们的国家安全。

但与此同时，如果我们要做到这一点，我们就必须以一种认识到我们所处现实的方式与世界合作。

目前与中国的形势非常复杂，这阻碍了我们希望与中国进行的某些合作。但我们必须明白，我们正在研究的许多科学和技术问题不仅是国家级的，而且是国际性的，因此国际参与很重要。

在很多情况下，我们正在努力与世界各地的合作伙伴一起开发真正造福人类的技术。

橡树岭3D打印领域成就：

1. Peregrine人工智能软件：ORNL开发了名为Peregrine的人工智能软件，用于实时监控金属3D打印过程，以提高3D打印零件的质量和可靠性。Peregrine通过分析打印过程中捕获的图像来识别缺陷，允许实时调整以确保零件质量。https://www.ornl.gov/news/ai-software-enables-real-time-3d-printing-quality-assessment

2. 综合制造示范平台（MDF）：研究重点是制造分析和模拟、复合材料和聚合物系统、金属粉末系统、计量和表征、机床、大型金属系统以及机器人和自动化。MDF 是一座占地 110,000 平方英尺的设施，拥有推动先进制造新材料、软件和系统开发的综合能力。

在ORNL的MDF开发了独特的大规模3D打印技术。这包括世界上第一个大规模3D热固性打印机，以及创新项目，如40英尺长的风力叶片模具和预制混凝土模具的3D打印工具，展示与传统生产方法相比的成本和时间效率。https://www.ornl.gov/advancedmanufacturing

3. 3D打印核反应堆组件：ORNL成功3D打印了核反应堆的燃料组件支架，已在田纳西河谷管理局的Browns Ferry核电站安装。这标志着在高度监管的核工业中应用3D打印技术的一个里程碑，展示了先进制造技术在创建用于关键应用的复杂组件方面的潜力。https://www.ornl.gov/news/nuclear-reactor-components-3d-printed-ornl-now-installed-tva-browns-ferry-nuclear-plant

4.基于MDF, 开发出世界上第一台大型混合增材制造机BAAM(Big Area Additive Manufacturing), 实现了复合材料、金属等的快速大尺寸3D打印。https://www.ornl.gov/blog/mdf-new-large-area-multi-material-printer-advance-research

橡树岭人工智能领域成就：

1. 早期人工智能研发：ORNL的人工智能研究和开发工作超过四十年，重点在于创建能够基于新数据和现有知识适应行为的机器。早期项目涉及使用“模糊逻辑”进行障碍物避让，为车辆和其他自动化系统中的人工智能应用奠定了基础。https://www.ornl.gov/news/tracing-throughlines-brief-history-artificial-intelligence-oak-ridge-national-laboratory

2. 神经网络和高性能计算：引入如Titan和Summit等超级计算机后，ORNL研究人员在神经网络开发方面取得了重大进展。这些进展包括创建了自动生成神经网络的算法，性能超过人类设计的网络。应用范围有分析中微子碰撞、医学图像中识别癌症组织等。

3. 人工智能举措：ORNL的人工智能举措专注于利用实验室的计算基础设施和人工智能专业知识来解决迫切的科学和国家安全挑战。该举措在信号处理、模拟加速和新型神经形态设备开发等多个领域产生了新的人工智能应用。https://www.ornl.gov/ai-initiative

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