解读美材料基因组计划：数据共享乃大势所趋

MGI于2011年6月启动，旨在将能源、交通和安全领域使用的先进材料的开发时间和资本成本减半。

资料来源:AMANDA BARNARD

美国材料基因组计划(MGI)启动已经两年了。五位专家最近在《自然》杂志上撰文指出材料科学家应该如何实施这个项目。

莎莉·丁格:从其他项目中学习。

华盛顿科技政策研究所政策分析师

MGI是奥巴马总统于2011年6月推出的，旨在将能源、交通和安全领域使用的先进材料的开发时间和资本成本减半。两年后，数亿美元投资于学术、工业和联邦项目。

数据共享和计算工具的发展对MGI的成功至关重要。先进材料复杂的物理和化学特性可根据不同的应用要求进行调整，并可在合成、生产和使用过程中进行改变。跟踪这些功能是一项非常困难的任务，MGI的工作还包括标准化术语、数据归档格式和指南报告。

幸运的是，MGI可以从现有的纳米技术合作项目中学习。美国国家纳米技术项目(NNI)成立于10年前。这是MGI在1~100纳米范围内的材料合作项目，MGI的材料范围是纳米到微米。

MGI可能会考虑加入NNI的纳米技术知识基础设施项目，该项目于2012年5月启动，旨在开发一个数字数据和信息框架，并加强科学界和建模界之间的合作。该计划借鉴了美国国家航空航天局的技术准备标准，并定义了一套数据准备标准，旨在为传达材料数据的质量和成熟度提供基础。

MGI还可以加入NNI和欧盟委员会之间的伙伴关系，以支持关于数据共享具体细节的跨大西洋对话。

数据共享是一项固有的合作活动，有可能加速材料科学的发展。MGI可以使现有项目更具活力，并成为共享各种规模材料信息的平台。

大卫·麦克道尔:激励共享

亚特兰大佐治亚理工学院材料研究所执行主任

MGI必须避免“项目完成后，所有目标都会实现”的态度。科学家和工程师需要激励机制来合作和分享他们的数据和技术。MGI必须有能让每个人受益的东西。

数据共享环境必须吸引和促进合作。利益相关者除了检索现有数据之外，还有广泛的兴趣——他们希望发现新材料并期望改进产品。直观、健康的网络环境和分散、有机的网络基础设施开发可以激发不同用户比集中的网络环境做出更多的贡献。

社交网络策略可以让不同技能的用户追求共同的兴趣。应该鼓励双赢的做法。例如，上传实验数据集可以交换建模工具，这将促进进一步的建模。然而，需要有明确的协议来管理数据使用道德等。

对MGI基础设施的投资者来说，最大限度地利用信息具有主要吸引力。例如，从国家同步加速器和中子衍射设施获得的实验数据集应存档，并在最大程度上用于搜索和参考，从大型超级计算机模拟器获得的数据也应如此。

开放存取的规则是可取的，美国国家科学基金会赞助的纳米中心纳米建模和模拟工具项目，以及LAMMPS分子动态代码和DREAM.3D软件的例子都可以遵循。

阿曼达·巴纳德:拥抱不确定性

澳大利亚联邦科学和工业研究所所长

MGI正在发展一种协作工作方式，这给技术和个人带来了挑战。材料科学家必须更能适应不确定性。他们必须放弃控制，信任他们的同事，抵制“让一切确定”的冲动。

从现有数据中获得新的科学成果需要集中资源。有些洞见和突破只能以特定的方式实现，而有些则无法实现。电子显微镜可以发现亚原子表面的特征，而光学显微镜可以显示光是如何从亚原子表面反射的。

很难将不同来源的结果结合起来。错误通常来自实验或计算技术本身的特点。许多实验者知道当实验结果随着实验室条件的变化而变化时，他们是多么沮丧，甚至那些基于理论的计算方法也可能得到不同的答案。

混合来自不同来源的数据通常比简单地组合来自纯数据集的测量或统计误差带来更多的不确定性。如果我们想从数据共享中受益，我们必须学会适应这种情况。

MGI用户必须适应的另一个不确定性是人为因素，即我们对创建原始数据的人及其能力的看法。科学家应该习惯客观的怀疑。为了快速推进材料研究，我们需要假设每个贡献者都非常有能力，让数据为自己说话。

MGI的价值只有在我们能够像给MGI提供数据一样轻松自信地从MGI获得数据时才能实现。

弗朗索瓦·吉基:让仿真再生

戴维斯加州大学计算机科学教授

MGI能得到的最快回报应该来自于物质结构模拟的共享。

数值模拟不像它的理论和计算机基础显示的那样可靠和可再现。由于近似的复杂性和所用参数的数量，它们通常给出不同的结果。

克服这些困难对于设计新材料至关重要。例如，模拟材料中晶格缺陷形成的预测可以提高我们优化材料强度或电子特性的能力。

这些数据只有在被不同的研究团队独立验证并成功复制时才是可靠的。数据的*共享将使这种交叉验证成为可能。

研究人员在传播模拟数据时必须牢记两件事。首先，模拟软件应该是可公开访问的，而不仅仅是数据。软件供应商不能禁止原始数据或性能数据。其次，通用数据格式和集中式数据库并不总是必要的。材料研发团队可以使用现有框架共享数据。

通过适度的投资，研究人员可以在自己的服务器上发布数据，其他人也可以访问这些数据。通过鼓励在特定领域开发网络工具，我们将减少数据交互检查和验证的障碍。

彼得·利特伍德:探索多样性

伊利诺伊州阿贡国家实验室物理科学与工程实验室助理主任

从同步加速器到扫描电子显微镜，纳米技术工具在信息革命中得到了磨练。今天，在MGI，我们需要通过扩大视野和整合各种材料来促进分子制造。

这个过程有一些基本的障碍。尽管MGI的名字听起来雄心勃勃，但事实上，原子与基因并不相同。生物组学既是一种理论，也是一种执行算法。在材料科学中，量子力学可以破坏从编码到功能的完美转换。

这种理论上的僵局只反映了材料的多样性。成分或结构的微小变化可以产生全新的功能。

但是化学是系统的。自从门捷列夫制定了元素周期表，我们就接触到了不同形式的物质结构和功能。现在我们可以使用功能强大的计算机和高通量的实验进行筛选。我们正在构建一个与材料的类型、特性和功能相匹配的工具包。MGI将扩大其范围。(张冬冬)

中国科学新闻(2013-12-04第三版国际版)