关注材料基因组计划

关注材料基因组计划

2011年6月24日，美国总统奥巴马宣布启动一项价值超过5亿美元的“先进制造业伙伴关系”(Advanced Manufacturing Partnership，AMP)计划，呼吁美国政府、高校及企业之间应加强合作，以强化美国制造业领先地位，而“材料基因组计划”(Materials Genome Initiative，MGI)作为AMP计划中的重要组成部分，投资将超过1亿美元。

“材料基因组计划”是美国经过信息技术革命后，充分认识到材料革新对技术进步和产业发展的重要作用，以及在复兴制造业的战略背景下提出来的。其主要目的是试图把新材料的开发周期缩短一半，打造全新“环形”开发流程，推动材料科学家重视制造环节，并通过搜集众多实验团队以及企业有关新材料的数据、代码、计算工具等，构建专门的数据库实现共享，致力于攻克新材料从实验室到工厂这个放大过程中的问题。材料基因组计划主要包括3大系统:材料超级计算系统、材料性能扫描测试技术系统和材料设计性能数据库与信息平台系统。该计划可能的影响:一是将进一步发挥和加强美国的技术优势和创新能力;二是将进一步增强美国在新材料产业的领先地位;三是为美国进一步做大先进制造业打下关键和坚实的基础，四是将开创新材料研发的新局面。

与“人类基因组工程”类似，“材料基因组工程”是通过高通量的第一性原理计算，结合已知的可靠实验数据，用理论模拟去尝试尽可能多的真实或未知材料，建立其化学组分、晶体和各种物性的数据库，并利用信息学、统计学方法，通过数据挖掘探寻材料结构和性能之间的关系模式，为材料设计师提供更多的信息。

为应对美国提出的材料基因组研究计划，深入探讨我国应如何规划、实施自己的材料科学系统工程，以“材料科学系统工程”为主题的S14次香山科学会议学术讨论会，于2011年12月21～23日在北京举行。

与会专家在讨论中指出:(1)我国亟须整合现有零散的计算算法和程序开发小组，集中优势力量，形成规模化的长期稳定的开发队伍，开发自主知识产权的第一性原理计算软件，摆脱国外软件的垄断和限制;(2)建设以第一性原理计算为主的多层次材料计算和预测平台，以基地或中心建设为主，坚持软硬件结合，形成对用户的有效支持;(3)建立合理的评价体制，培养各领域的能够发展算法和开发程序的交叉型人才，建立计算平台开发梯队。

与会专家一致认为:(1)材料基因组数据库在利用信息学和统计学方法进行先进材料探索和设计方面有着重要的不可替代作用，是材料科学系统工程的重要部分，是梳理、整合我国现有材料研究资源和成果的重要手段;(2)数据的采集、评估和认证需要做到科学、公正，需要建立新的强有力体制，以保证数据库做到真正的开放与共享;(3)建立材料的成分－组织－性能之间的定量关系是实现材料设计和生产从传统经验式的“炒菜法”向科学化方法转变的关键，我国应制定适合当前实际情况的“材料科学系统工程”，推动我国材料科学的基础研究。现在启动我国的材料科学系统工程是非常必要、及时和重要的，是建立我国新材料体系的重要一环;(4)我国先进材料产业已获得迅速发展，但是很多关键技术和材料受制于人，缺乏自主知识产权，创新体系不完善，综合竞争力不强;(5)我国的材料研究多以跟踪为主，虽然有不少技术和工艺上的创新，但是工程化不够，系统性不强，特别是在融合计算、测试和表征、开发、优化的高速立体材料开发模式尚未形成。

为加速我国新材料的研发过程，发展真正有用的国际领先的新材料，并为我国的新材料产业化体系提供技术和人才储备，我们急需抓住这次机遇，整合和完善我国的材料研究和产业化体系。专家建议:

共用平台协同建设 建立几个集理论计算平台、数据库平台和测试平台三位一体的“材料科学系统工程中心”，结合国家大科学工程项目，集中国内材料计算与模拟领域优势力量，通力合作，跟上并引领国际材料领域新一轮发展的浪潮:(1)加速开发包括第一性原理计算在内的多层次理论支撑的材料设计、性能预测、工艺优化和服役性能分析的具有自主知识产权的各种模型、算法和大规模科学计算软件;建设集成化、网络化的计算、模拟平台;(2)建立国家级“材料科学系统工程”数据库公用平台，搜索引擎和分析软件，在体制机制上保证平台的开放共享;(3)建立材料设计、合成、制备、测试和表征、性能优化、中试等各种平台。

重点材料示范突破 选择一些国家急需的、战略需要的、国内有良好基础的结构材料和功能材料作为示范突破，通过与平台建设相结合，进行演示示范，为更大范围的推广积累经验。

强化政策导向作用 成立一个包括政府机构、科学家和产业代表在内的指导协调委员会，全面协调从材料基础研究、软件开发、数据库建立、测试平台直至产业化工作，以充分发挥我国社会主义制度在统筹科学研究和产业化革命的优越性;建议有条件的教育机构设立相关课程。 (本刊通讯员摘编)