科技导报

作者：王毅, 李高楠, 刘哲, 高兴誉, 王洪强, 宋海峰, 杨明理, 宿彦京*, IbraimovMargulan, 李金山*

单位：1.西北工业大学中国-哈萨克斯坦材料基因工程与智能科学“一带一路”联合实验室,西安710072；2.西北工业大学凝固技术全国重点实验室,西安710072；3.北京应用物理与计算数学研究所,北京100094；4.四川大学材料基因工程研究中心,成都610065；5.北京科技大学北京材料基因工程高精尖创新中心,北京100083；6.哈萨克斯坦国立大学固体物理与非线性物理系,阿拉木图050040；

关键词：材料基因工程,人工智能,大模型,数字孪生,智能体

基金：国家重点研发计划项目(2024YFE0213600)

“新材料产业是战略性、基础性产业，也是高技术竞争的关键领域”[1]，“一代材料，一代技术，一代装备”，新材料领域科技创新将大力推动新材料产业健康发展，为科技强国建设提供坚实的物质保障[1]。材料基因工程（materials genome engineering，MGE）是材料领域的颠覆性前沿技术，将对材料研发模式产生革命性的变革，全面加速材料从设计到工程化应用的进程，大幅度提升新材料的研发效率，缩短研发周期，降低研发成本，促进工程化应用[2]。材料基因工程“高通量计算−高效实验−大数据”关键技术的融合，“设计−研发−应用”协同的思想和理念在新材料研发端彰显出了巨大的潜能和前景，有效地提升了新材料研发效率和降低研发成本[2−7]。随着全球科技的飞速发展，面向未来的科技战略成为推动先进材料创新与应用的重要动力。世界各国相继出台了众多国家战略规划，旨在通过前沿性、颠覆性科技创新加速材料领域的进步[3, 8−16]。“强国战略”驱动材料基因工程融合创新加速关键材料工程化的政策与行动纲要与中国人工智能发展与应用的战略规划路线如图 1所示，从1945年美国发布的《科学：无尽的前沿》报告到2020年发布的《无尽前沿法案》体现了这一历史进程。报告中明确指出，“依赖外部力量获取基础科学知识的国家，其工业发展将受到制约，竞争力也将逐步削弱”，进一步展望未来75年科技发展趋势并以国际化竞争的态势制定了相应的科技战略竞争法案[17−18]。同时，这一观点为全球科学技术和工业的革新奠定了理论基础，特别是《科学：无尽的前沿》报告中列出的原子弹、雷达和青霉素3个重要技术与产品的突破性进展，完美地诠释了科学研究和技术创新对工业（产业）发展、国家战略安全和人民健康领域的引领和重要支撑作用[19]。从战略规划、应用实践、产业创新等方面全方位布局关键科学技术和产业创新和发展具有重要意义。欧盟《材料2030路线图》[8]聚焦材料智能计算与设计技术、自主/智能化实验技术和装备、AI驱动的关键算法和技术、数字孪生、智能化研发平台与协同创新网络等关键技术，旨在通过智能化、协同化和可持续化的研发模式推进材料产业升级，建立一个强大的欧洲材料生态系统，推动绿色和数字转型，创建可持续的包容性欧洲社会。其中，在材料数字化方面，开发数字化和创新方法生成材料数据与知识，建立通用、标准化语言本体用于数据交换和知识管理，提供可信任的数据获取和交换的分布式公共数据存储空间，开发语义和人工智能技术处理利用数据。在新材料加工和大规模生产方面，确立了涵盖工艺优化、脱碳、大规模定制、零缺陷生产、循环经济、多材料加工以及新材料加工等7个优先发展方向。相比之下，中国提出的《中国制造2025》战略旨在着力推动制造业从大到强的转变[10]。然而，当前中国制造业仍面临着许多挑战，尤其是在材料研发和应用的深度融合上，工程应用研究和数据积累仍显不足，这不仅影响了材料的性能稳定性，也导致了技术标准的滞后与评估验证的不足。为应对这一挑战，中国出台了《新材料强国战略2035》等系列战略规划，提出了创新驱动、质量为先、绿色发展、结构优化与人才为中心的基本发展路径，重点推动数字化、网络化和智能化发展[16]。

来源：2025年第12期

《科技导报》期刊编辑部

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