引言：進入人工智能時代，數據重要性進一步凸顯。今年，國家數據局等17部門聯合印發的《"數據要素x"三年行動計劃》指出，要以數據驅動發現新規律、創造新知識，加速科學研究范式變革。北京材料基因工程高精尖創新中心在浪潮信息助力下，通過數智融合加速材料研發，取得了創新實踐，對發揮"數據要素x"具有示范意義。

北京2024年(nian)5月27日 /美通社/ --  2021年6月24日，美國佛羅里(li)達(da)州邁阿密(mi)海(hai)(hai)邊一棟1981年建(jian)(jian)造(zao)的12層公(gong)寓(yu)發(fa)生部分(fen)倒(dao)塌，造(zao)成(cheng)重大人員傷亡。最終調(diao)查結果(guo)顯示(shi)，公(gong)寓(yu)倒(dao)塌可能緣于海(hai)(hai)水倒(dao)灌(guan)對(dui)建(jian)(jian)筑結構的水泥(ni)混凝(ning)土(tu)及內部的加強鋼筋造(zao)成(cheng)腐(fu)蝕破(po)壞(huai)。

材料(liao)腐(fu)蝕是悄悄發生的(de)破壞(huai)，這(zhe)些(xie)年(nian)在國內發生的(de)一些(xie)重大(da)事(shi)故，如(ru)山東青島爆燃特大(da)事(shi)故、湖北十堰管道腐(fu)蝕爆炸、廣(guang)州虎門(men)大(da)橋不(bu)明原因(yin)晃動等，也(ye)都(dou)與材料(liao)腐(fu)蝕有關。

研發具有更(geng)(geng)高性能、更(geng)(geng)長(chang)壽命、更(geng)(geng)加綠色智能的(de)新(xin)(xin)(xin)材料(liao)，是材料(liao)領域亟待解決的(de)課題(ti)。北京材料(liao)基因工程高精尖創新(xin)(xin)(xin)中心在浪潮信息提供的(de)高效、智能算力支撐下，通過"大數據+人工智能"找出材料(liao)腐(fu)蝕的(de) "殺手"，加速研發出更(geng)(geng)符合需求(qiu)的(de)新(xin)(xin)(xin)材料(liao)，將新(xin)(xin)(xin)材料(liao)研發周期從原來的(de)10-20年(nian)縮短到3-5年(nian)，實現科(ke)技創新(xin)(xin)(xin)從"實驗(yan)范(fan)式"向"數據范(fan)式"的(de)躍升。

改變研發范式，提速新材料研發

新(xin)材(cai)料是一(yi)(yi)切現代(dai)產業(ye)的基(ji)礎(chu)，是國家大力發(fa)展的戰略性新(xin)興(xing)產業(ye)，從農業(ye)、工業(ye)、建筑到航(hang)空(kong)航(hang)天、醫療等(deng)各(ge)領(ling)域的現代(dai)化，都離不開材(cai)料的創(chuang)新(xin)。可以(yi)說，一(yi)(yi)代(dai)材(cai)料決定了一(yi)(yi)代(dai)裝備。

腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)是材(cai)料領域亟待解(jie)決的一大難(nan)題，腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)對于材(cai)料來說，就相當于人(ren)類的慢(man)性(xing)疾病。材(cai)料腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)給國民(min)經濟造(zao)成了巨(ju)大損失(shi)，中國工程院全國腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)調(diao)查表明，我國腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)損失(shi)每年超(chao)過(guo)三萬億元，占GDP的3.34%。

因(yin)此，"治未病"防患于未然十分關(guan)鍵(jian)。在(zai)工程建設(she)前找到更耐腐(fu)蝕材(cai)料(liao)(liao)，一直是材(cai)料(liao)(liao)領域的(de)(de)核心課題(ti)。傳(chuan)統(tong)的(de)(de)材(cai)料(liao)(liao)腐(fu)蝕研究(jiu)，采用(yong)(yong)實驗(yan)的(de)(de)方(fang)(fang)法，通過不(bu)斷(duan)試錯來找到材(cai)料(liao)(liao)-環境-腐(fu)蝕的(de)(de)內在(zai)規律，費時、費力。用(yong)(yong)北京材(cai)料(liao)(liao)基(ji)因(yin)工程高精尖創(chuang)新中心腐(fu)蝕大(da)數據團隊、國家材(cai)料(liao)(liao)腐(fu)蝕與防護科學數據中心張(zhang)達威教授的(de)(de)話說："傳(chuan)統(tong)材(cai)料(liao)(liao)研發(fa)(fa)就如同做(zuo)菜，食材(cai)調(diao)料(liao)(liao)各(ge)放多(duo)少，沒有定量配方(fang)(fang)，咸了(le)兌點水，淡了(le)加點鹽，需要(yao)反(fan)復嘗試。因(yin)為影響材(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)因(yin)素特別多(duo)，靠經(jing)驗(yan)試錯法進行材(cai)料(liao)(liao)研究(jiu)，研發(fa)(fa)周期非常長(chang)、成(cheng)本特別高。"

將材(cai)(cai)(cai)料(liao)基(ji)因(yin)工程的(de)理念方(fang)法引入新(xin)材(cai)(cai)(cai)料(liao)研發(fa)與(yu)防腐蝕領(ling)域(yu)，能夠提(ti)速材(cai)(cai)(cai)料(liao)的(de)開發(fa)、生產(chan)、應用的(de)全(quan)過(guo)程，被公認為(wei)開發(fa)新(xin)材(cai)(cai)(cai)料(liao)的(de)前(qian)沿顛覆性(xing)(xing)方(fang)法。借(jie)鑒生物學基(ji)因(yin)工程，材(cai)(cai)(cai)料(liao)基(ji)因(yin)工程由材(cai)(cai)(cai)料(liao)高效計算、先進(jin)實驗和大數據技(ji)術(shu)等構成(cheng)其(qi)基(ji)礎技(ji)術(shu)體系(xi)，實現對材(cai)(cai)(cai)料(liao)成(cheng)分、配方(fang)、制備工藝的(de)高效篩選(xuan)、精準調控和優化設(she)計，快速得到滿足特定性(xing)(xing)能需求(qiu)的(de)新(xin)材(cai)(cai)(cai)料(liao)。

目前(qian)，世界各國都在積極推進材(cai)(cai)料(liao)基(ji)因工(gong)程研(yan)(yan)究，致力于實現(xian)新材(cai)(cai)料(liao)研(yan)(yan)發(fa)(fa)周(zhou)期縮短一(yi)(yi)半、研(yan)(yan)發(fa)(fa)成(cheng)本降低(di)一(yi)(yi)半的(de)戰略目標(biao)。我國科研(yan)(yan)工(gong)作者經(jing)過多年努(nu)力，已經(jing)在幾類關鍵(jian)材(cai)(cai)料(liao)上(shang)實現(xian)了這一(yi)(yi)目標(biao)，將研(yan)(yan)發(fa)(fa)周(zhou)期從10-20年縮短為3-5年，并(bing)在中(zhong)馬友(you)誼(yi)大橋(qiao)、川(chuan)藏鐵路等重大工(gong)程的(de)材(cai)(cai)料(liao)篩選設計中(zhong)，精準、高(gao)效(xiao)地完成(cheng)了任務。

以中馬友(you)誼(yi)大(da)橋(qiao)項(xiang)目為例(li)。馬爾代夫(fu)景色宜(yi)人(ren)，但是(shi)它所(suo)處(chu)的(de)環(huan)境高溫、高濕、高鹽分(fen)、強紫外光輻射，對于材料來(lai)(lai)說是(shi)一(yi)個非(fei)常惡劣(lie)的(de)環(huan)境。國(guo)家材料腐(fu)(fu)(fu)蝕與防(fang)護科學數據(ju)中心(xin)利用其積累的(de)海量腐(fu)(fu)(fu)蝕數據(ju)以及針對數據(ju)的(de)分(fen)析和挖掘，來(lai)(lai)評價中馬友(you)誼(yi)大(da)橋(qiao)所(suo)處(chu)環(huan)境下的(de)腐(fu)(fu)(fu)蝕風險，選擇了更適合的(de)建設材料，保證大(da)橋(qiao)長時(shi)間正常運行。

實現范式變革，數據"采-存-算"是關鍵

材(cai)料基(ji)因(yin)工程是(shi)材(cai)料與大(da)數據(ju)(ju)、人工智能、高通(tong)量自動化實(shi)驗等前(qian)沿技術(shu)的(de)深度融合(he)，通(tong)過"理(li)性設(she)計+高效(xiao)實(shi)驗+大(da)數據(ju)(ju)分析(xi)"的(de)協同(tong)創新顯著(zhu)提升新材(cai)料的(de)研發效(xiao)率和(he)應用速度，實(shi)現材(cai)料研究從"實(shi)驗范(fan)式"到 "數據(ju)(ju)范(fan)式"的(de)躍升，這種協同(tong)創新背后的(de)關(guan)鍵驅動力是(shi) "數據(ju)(ju)"，關(guan)鍵技術(shu)基(ji)礎是(shi)"計算(suan)"。

以(yi)耐(nai)蝕(shi)材(cai)(cai)料(liao)研(yan)發為例，材(cai)(cai)料(liao)腐蝕(shi)過程機理(li)十分(fen)復(fu)雜(za)，溫度(du)、濕度(du)、應力等(deng)環境因素(su)(su)，成分(fen)、加工、結構等(deng)材(cai)(cai)料(liao)因素(su)(su)，時間尺度(du)等(deng)因素(su)(su)，都(dou)是材(cai)(cai)料(liao)需要(yao)考(kao)慮(lv)的因素(su)(su)。因此，耐(nai)蝕(shi)材(cai)(cai)料(liao)的篩選和設計，需要(yao)大量(liang)的數據作(zuo)為支撐依據。

"這好比給材料(liao)看病(bing)，如(ru)果沒有(you)相(xiang)關檢驗手(shou)段(duan)，只能 ‘望'‘聞'‘問'‘切'，有(you)了(le)(le)心(xin)(xin)(xin)電圖等(deng)檢查手(shou)段(duan)，能看到已(yi)發病(bing)的(de)心(xin)(xin)(xin)臟(zang)問題，但有(you)了(le)(le)動(dong)態(tai)心(xin)(xin)(xin)臟(zang)檢測(ce)(ce)儀(yi)（Holter）24小(xiao)時檢測(ce)(ce)，就(jiu)能通(tong)過心(xin)(xin)(xin)臟(zang)連(lian)續數(shu)據(ju)，分析出心(xin)(xin)(xin)臟(zang)有(you)可能發生的(de)問題，如(ru)果進(jin)行基(ji)因分析，就(jiu)能了(le)(le)解生命(ming)更(geng)深層的(de)潛在問題。" 張達威(wei)表示，材料(liao)研究從"實驗范(fan)式"向"數(shu)據(ju)范(fan)式"的(de)變革(ge)，數(shu)據(ju)的(de)"采(cai)"、"存"、"算(suan)"能力是(shi)關鍵。

一是要將有效數(shu)(shu)(shu)據"采(cai)上來"。國家(jia)(jia)材料腐(fu)(fu)蝕(shi)與(yu)防護科學數(shu)(shu)(shu)據中心通(tong)過新型腐(fu)(fu)蝕(shi)監(jian)測(ce)傳(chuan)感器與(yu)物聯網(wang)技術構建腐(fu)(fu)蝕(shi)在線監(jian)測(ce)系統(tong)，開展材料（微觀(guan)）環境腐(fu)(fu)蝕(shi)數(shu)(shu)(shu)據的(de)(de)高(gao)通(tong)量采(cai)集與(yu)實時傳(chuan)輸。目前，已布設了覆蓋我國典(dian)型自(zi)然(ran)環境的(de)(de)國家(jia)(jia)野外觀(guan)測(ce)站，成(cheng)功應用于電(dian)網(wang)、地下管網(wang)、高(gao)鐵、風(feng)電(dian)等重大裝備的(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)失效監(jian)測(ce)，每(mei)年收集到數(shu)(shu)(shu)以億計(ji)的(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)數(shu)(shu)(shu)據。

二是能將海量的(de)數(shu)據(ju)(ju)"存(cun)得(de)下"。中心開發了數(shu)據(ju)(ju)匯交和數(shu)據(ju)(ju)庫系統等共(gong)性技術，有(you)了這些技術能更(geng)好地理解(jie)數(shu)據(ju)(ju)與數(shu)據(ju)(ju)之間的(de)關系，將數(shu)據(ju)(ju)變(bian)成(cheng)知識，以(yi)更(geng)高價值的(de)方式(shi)存(cun)儲下來(lai)。

三是強大算(suan)力把新(xin)材(cai)(cai)料(liao)"算(suan)出來"。數據(ju)的價(jia)值(zhi)在(zai)于用，如何在(zai)海量(liang)的數據(ju)中(zhong)找(zhao)出規律、找(zhao)到答案(an)，需要高質量(liang)算(suan)力的支撐。為此，北京材(cai)(cai)料(liao)基因工(gong)程高精尖創新(xin)中(zhong)心聯(lian)手浪潮(chao)信息構建(jian)計算(suan)平臺(tai)，充(chong)分釋放數據(ju)價(jia)值(zhi)。如利用人工(gong)智能(neng)技術，開發了一系列覆蓋(gai)原子、化學鍵(jian)、分子不同(tong)尺度，到材(cai)(cai)料(liao)、工(gong)藝(yi)、環(huan)境(jing)、時(shi)間(jian)不同(tong)維度的腐(fu)蝕預測(ce)模型，對耐蝕性能(neng)進(jin)行(xing)仿真測(ce)試。在(zai)人工(gong)智能(neng)算(suan)力的推動下，快速得(de)到不同(tong)材(cai)(cai)料(liao)在(zai)不同(tong)環(huan)境(jing)作用下的耐蝕性能(neng)。

目前，北(bei)京材料基因工程高精(jing)尖(jian)創新(xin)(xin)中(zhong)心(xin)聯手(shou)浪潮信息打造的材料高通量計(ji)算(suan)平(ping)臺，已經(jing)成(cheng)(cheng)(cheng)為(wei)該中(zhong)心(xin)創新(xin)(xin)變革(ge)的關(guan)鍵基礎設施(shi)。隨著數據和計(ji)算(suan)的進(jin)一步(bu)融(rong)合(he)，科研人(ren)員可(ke)以(yi)從繁瑣的實(shi)(shi)驗(yan)試(shi)錯中(zhong)解脫出來，讓(rang)實(shi)(shi)驗(yan)觀察變成(cheng)(cheng)(cheng)無(wu)人(ren)實(shi)(shi)驗(yan)，仿真模(mo)擬變成(cheng)(cheng)(cheng)現(xian)象生成(cheng)(cheng)(cheng)，數據驅動變成(cheng)(cheng)(cheng)數據增強，讓(rang)"算(suan)"出新(xin)(xin)材料成(cheng)(cheng)(cheng)為(wei)可(ke)能。

應該(gai)說，以(yi)數(shu)(shu)據為核心(xin)，通過數(shu)(shu)智(zhi)融(rong)(rong)合驅動科研方式的(de)(de)(de)變革(ge)，打造新質(zhi)生產力，不僅僅是對(dui)于(yu)材(cai)料(liao)領域，對(dui)于(yu)各(ge)個(ge)領域面臨的(de)(de)(de)重大問(wen)題(ti)，都是有效的(de)(de)(de)解題(ti)方法。在材(cai)料(liao)腐蝕和耐蝕材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)研究中，聯合通過數(shu)(shu)智(zhi)融(rong)(rong)合探(tan)索，很(hen)好地詮釋了數(shu)(shu)據要素給材(cai)料(liao)科研變革(ge)帶來的(de)(de)(de)乘法效應。