【国赛】材料基因创新研究平台

项目计划书 项目名称： 材料基因创新研究平台____ 所属组别： 创意组 __ 作品类型： “互联网+”信息技术服务 _ 立项背景新材料是目前社会上极有前景的朝阳产业之一。美国自 2011 开始，将新材料列为影响经济繁荣和国家安全的六大类关键技术之首。我国也将新材料列为七大战略新兴产业和“中国制造 2025”重点发展的十大领域。工信部的权威数据中，2015年新材料产业总产值达到2万亿元，这些数据都在不断佐证新材料的重要性。 人类社会的发展和材料的发展密切相关，我们从石器时代一路走到信息时代，材料科学的作用不容小觑。然而，传统的材料科学研究，最大的痛点仍然是材料科学的“试错”（Trial and Error）研发模式：在面临一种材料的研发需求的时候，我们必须反复的进行试验，来找到我们需要的材料。这个过程中，不仅研发周期漫长，而且成本居高不下。而我们团队因为有着计算化学的背景，希望利用计算机技术，来解决材料研发中的这个头号痛点。 美国于 2011 年和 2014 年启动了两轮 “材料基因组计划”，希望解决这个问题，这与我们的想法不谋而合。我们的想法是，在材料科学研究的实际需求，与材料科学的基础理论 （包括：物理学、化学等）之间加入两个中间层：材料的宏观属性 （如光学、力学、电磁学等的相关特性）以及材料的微观属性 （如材料的组成、键连、电荷分布等），并使用计算机技术——包括传统的量子化学计算，以及新兴的机器学习、大数据挖掘——来找到这四个层次之间的相互联系，降低 “试错”的次数，也为材料科学节约成本，提高效率。 “材料基因”为美国等发达国家复兴制造业带来了希望，也为我国改变材料领域的落后局面和调整经济结构提供了机遇。材料基因组计划主旨是结合实验工具、科学计算、大数据技术打造全新材料开发流程，通过搜集海量的新材料实验和计算数据，经过高通量科学计算验证，构建专门的数据库实现共享，攻克新材料从概念与需求到实验制备并最终到工厂这个放大过程中的问题。 海量的材料数据收集和高通量科学计算是发展材料基因的前提和关键。然而，相对美国、欧盟等在材料数据收集方面的率先布局，我国在数据库建设方面几乎全面落后。美国坐拥 ACS（美国化学学会）和 APS（美国物理学会）等众多科学出版资源，囊括了全球各国花费巨量资源打造的材料研发数据。欧盟的研究组织已然在全球布局数据收集和存储节点，意图效法美国，坐收各国材料研发成果。2014 年，德国 Springer 出版社通过集成科学文献数据推出材料检索服务，各国科学家们在检索本来就由科学家们所发展的材料数据时均需支付高昂费用。因此，我国材料数据库的缺失相比我国在科研经费和人力上的投入以及不断提高的科研产出极其不匹配，在国际合作中处于被支配地位。 缺乏自有数据库，对我国材料基因组计划开展和新材料产业是致命的。美国和欧盟都对文献数据资源的网络访问设置了次数、IP、下载等重重限制，使得外部无法开展任何系统性的数据分析，材料基因的挖掘和清洗甚至简单定义都无从谈起。同时，我国材料行业产业起点较低，承担的往往是产业链中利润空间极低的粗加工业务，因此材料大数据的缺乏已成为我国材料企业往高端升级的瓶颈，具有远见卓识的集团公司例如华为每年面向科研院所发布大量新材料研发项目，旨在突破材料生产的瓶颈。 团队构成主要产品和服务针对我国目前严重缺乏材料基础数据的现状，我们团队决定率先建立材料基因创新研究平台 （以下简称平台）。平台主要包含材料基因收集、基因数据库构建、基因数据图谱分析以及性质模拟四个主要部分，主要提供三大服务： 1. 材料大数据检索和订阅服务； 2. 材料基因定制服务； 3. 材料电商与产学研中介转化平台。 材料大数据检索和订阅服务此服务面向国内高校和研究所的科研用户，通过计算机 Web 技术，整合各种渠道来源的材料科学原始数据，提供专业的材料检索服务，包括：（1）功能分子、高分子、分子晶体、纳米结构、固体材料等材料的搜索；（2）材料性质的检索和分析；（3）基于量子化学计算的数据检索以及文档服务，包括优化空间构型、计算量子态结构等；（4）利用量...