關注材料基因組計劃

關注材料基因組計劃

2011年6月24日，美國總統奧巴馬宣布啟動一項價值超過5億美元的“先進制造業伙伴關系”(Advanced Manufacturing Partnership，AMP)計劃，呼吁美國政府、高校及企業之間應加強合作，以強化美國制造業領先地位，而“材料基因組計劃”(Materials Genome Initiative，MGI)作為AMP計劃中的重要組成部分，投資將超過1億美元。

“材料基因組計劃”是美國經過信息技術革命后，充分認識到材料革新對技術進步和產業發展的重要作用，以及在復興制造業的戰略背景下提出來的。其主要目的是試圖把新材料的開發周期縮短一半，打造全新“環形”開發流程，推動材料科學家重視制造環節，并通過搜集眾多實驗團隊以及企業有關新材料的數據、代碼、計算工具等，構建專門的數據庫實現共享，致力于攻克新材料從實驗室到工廠這個放大過程中的問題。材料基因組計劃主要包括3大系統:材料超級計算系統、材料性能掃描測試技術系統和材料設計性能數據庫與信息平臺系統。該計劃可能的影響:一是將進一步發揮和加強美國的技術優勢和創新能力;二是將進一步增強美國在新材料產業的領先地位;三是為美國進一步做大先進制造業打下關鍵和堅實的基礎，四是將開創新材料研發的新局面。

與“人類基因組工程”類似，“材料基因組工程”是通過高通量的第一性原理計算，結合已知的可靠實驗數據，用理論模擬去嘗試盡可能多的真實或未知材料，建立其化學組分、晶體和各種物性的數據庫，并利用信息學、統計學方法，通過數據挖掘探尋材料結構和性能之間的關系模式，為材料設計師提供更多的信息。

為應對美國提出的材料基因組研究計劃，深入探討我國應如何規劃、實施自己的材料科學系統工程，以“材料科學系統工程”為主題的S14次香山科學會議學術討論會，于2011年12月21～23日在北京舉行。

與會專家在討論中指出:(1)我國亟須整合現有零散的計算算法和程序開發小組，集中優勢力量，形成規模化的長期穩定的開發隊伍，開發自主知識產權的第一性原理計算軟件，擺脫國外軟件的壟斷和限制;(2)建設以第一性原理計算為主的多層次材料計算和預測平臺，以基地或中心建設為主，堅持軟硬件結合，形成對用戶的有效支持;(3)建立合理的評價體制，培養各領域的能夠發展算法和開發程序的交叉型人才，建立計算平臺開發梯隊。

與會專家一致認為:(1)材料基因組數據庫在利用信息學和統計學方法進行先進材料探索和設計方面有著重要的不可替代作用，是材料科學系統工程的重要部分，是梳理、整合我國現有材料研究資源和成果的重要手段;(2)數據的采集、評估和認證需要做到科學、公正，需要建立新的強有力體制，以保證數據庫做到真正的開放與共享;(3)建立材料的成分－組織－性能之間的定量關系是實現材料設計和生產從傳統經驗式的“炒菜法”向科學化方法轉變的關鍵，我國應制定適合當前實際情況的“材料科學系統工程”，推動我國材料科學的基礎研究。現在啟動我國的材料科學系統工程是非常必要、及時和重要的，是建立我國新材料體系的重要一環;(4)我國先進材料產業已獲得迅速發展，但是很多關鍵技術和材料受制于人，缺乏自主知識產權，創新體系不完善，綜合競爭力不強;(5)我國的材料研究多以跟蹤為主，雖然有不少技術和工藝上的創新，但是工程化不夠，系統性不強，特別是在融合計算、測試和表征、開發、優化的高速立體材料開發模式尚未形成。

為加速我國新材料的研發過程，發展真正有用的國際領先的新材料，并為我國的新材料產業化體系提供技術和人才儲備，我們急需抓住這次機遇，整合和完善我國的材料研究和產業化體系。專家建議:

共用平臺協同建設 建立幾個集理論計算平臺、數據庫平臺和測試平臺三位一體的“材料科學系統工程中心”，結合國家大科學工程項目，集中國內材料計算與模擬領域優勢力量，通力合作，跟上并引領國際材料領域新一輪發展的浪潮:(1)加速開發包括第一性原理計算在內的多層次理論支撐的材料設計、性能預測、工藝優化和服役性能分析的具有自主知識產權的各種模型、算法和大規模科學計算軟件;建設集成化、網絡化的計算、模擬平臺;(2)建立國家級“材料科學系統工程”數據庫公用平臺，搜索引擎和分析軟件，在體制機制上保證平臺的開放共享;(3)建立材料設計、合成、制備、測試和表征、性能優化、中試等各種平臺。

重點材料示范突破 選擇一些國家急需的、戰略需要的、國內有良好基礎的結構材料和功能材料作為示范突破，通過與平臺建設相結合，進行演示示范，為更大范圍的推廣積累經驗。

強化政策導向作用 成立一個包括政府機構、科學家和產業代表在內的指導協調委員會，全面協調從材料基礎研究、軟件開發、數據庫建立、測試平臺直至產業化工作，以充分發揮我國社會主義制度在統籌科學研究和產業化革命的優越性;建議有條件的教育機構設立相關課程。 (本刊通訊員摘編)