Tin học vật liệu (Materials Informatics) là một phương pháp phát triển vật liệu sử dụng khoa học thông tin và sử dụng công nghệ kỹ thuật số để thiết kế sản phẩm trong các ngành sản xuất như công nghiệp hóa chất. MI đề cập đến những nỗ lực cải thiện hiệu quả phát triển vật liệu bằng cách sử dụng dữ liệu lớn, AI, học máy, v.v. Điều này có thể tăng tốc quá trình phát triển vật liệu. Việc phát triển vật liệu thông thường thường tốn thời gian và công sức, vì vậy MI sử dụng khoa học tính toán và khoa học thông tin để tính toán các đặc tính của tính chất vật lý và phân tích dữ liệu trong quá khứ để tiến hành khám phá vật liệu. MI là một sáng kiến có thể nói là DX trong phát triển vật liệu và sự tiến bộ trong ngành được mong đợi thông qua sự kết hợp giữa kinh nghiệm và dữ liệu của các nhà nghiên cứu.
Nỗ lực vì NMCT trên thế giới và Nhật Bản
Lĩnh vực phát triển vật liệu là một yếu tố quan trọng của công nghiệp và đổi mới, và việc thiết lập các hệ thống nghiên cứu về tin học vật liệu (MI) đang được tiến hành ở các quốc gia trên thế giới. Tại Hoa Kỳ, Sáng kiến bộ gen vật liệu (MGI) bắt đầu vào năm 2011 và đã có một ví dụ thành công về việc thu được kết quả tương tự chỉ từ phân tích dữ liệu mà không cần tiến hành thí nghiệm trong việc phát triển vật liệu pin. Nhiều nỗ lực khác nhau cũng đang được thực hiện ở Châu Âu, Trung Quốc và Hàn Quốc.
Tại Nhật Bản, Chương trình Sáng tạo Đổi mới Chiến lược (SIP) bắt đầu vào năm 2013 và một nỗ lực quốc gia về tin học vật liệu đã được triển khai. Sau đó, Sáng kiến phát triển tài liệu tích hợp thông tin (MI2I) của Bộ Giáo dục, Văn hóa, Thể thao, Khoa học và Công nghệ và dự án ngân sách của Bộ Kinh tế, Thương mại và Công nghiệp đã được triển khai và những nỗ lực nhằm tăng tốc phát triển tài liệu vẫn tiếp tục. Chia sẻ dữ liệu vượt ra ngoài khuôn khổ của các công ty rất quan trọng trong MI và nó đang thu hút sự chú ý như một xu hướng toàn cầu.
Những cân nhắc trong tương lai cho sự phát triển của MI
Theo hướng nỗ lực của chính phủ, việc phát triển nền tảng và khai thác các lĩnh vực nghiên cứu được nhấn mạnh.
Phát triển nền tảng chủ yếu đề cập đến phát triển cơ sở hạ tầng để chia sẻ dữ liệu. Trong tin học vật liệu, điều cần thiết là phải có một cơ chế cho phép các nhà nghiên cứu tại các công ty và cơ sở nghiên cứu chia sẻ dữ liệu vật liệu chất lượng cao. Chính phủ có kế hoạch xây dựng các hướng dẫn chung, phát triển các cơ sở và thiết bị dùng chung, đồng thời thúc đẩy các dự án nghiên cứu và phát triển dựa trên dữ liệu.
Ngoài ra, chính phủ cũng đang cố gắng bóc tách những lĩnh vực nên thúc đẩy, xem xét tương lai và những lĩnh vực công nghệ quan trọng. Các lĩnh vực cụ thể bao gồm “Hiện thực hóa Xã hội sinh thái 5.0 với mức tiêu thụ điện năng cực thấp” và “Vật liệu cho phép thể hiện các chức năng của thiết bị tiên tiến”. Do đó, chúng tôi có kế hoạch tiến hành tạo ra một cơ chế thúc đẩy nghiên cứu chiến lược.
Giới thiệu các ví dụ về sáng kiến MI của các công ty Nhật Bản.
Asahi Kasei đã tuyên bố trong kế hoạch quản lý trung hạn của mình rằng họ sẽ tăng cường MI như một phần của quá trình chuyển đổi kỹ thuật số và sử dụng MI trong mọi quá trình phát triển vật liệu. Chúng tôi dự định thành lập một trung tâm xúc tiến tin học và tăng số lượng các chuyên gia kỹ thuật số.
Sumitomo Chemical có kế hoạch thành lập Phòng Chuyển đổi Kỹ thuật số trong kế hoạch quản lý trung hạn của mình với mục đích nâng cao hiệu quả và độ phức tạp của nghiên cứu và phát triển dựa trên dữ liệu. Các vấn đề bao gồm phát triển cơ sở hạ tầng dữ liệu, xây dựng nền tảng MI và phân tích dữ liệu.
Toray đang thúc đẩy nghiên cứu vật liệu tiên tiến thông qua sản xuất kỹ thuật số. Chúng tôi đang làm việc để cải thiện hiệu quả của nghiên cứu và phát triển bằng cách sử dụng mô phỏng và MI kết hợp tính toán lý thuyết và khoa học dữ liệu. Chúng tôi cũng đang tận dụng cơ sở hạ tầng dữ liệu nội bộ của mình và đẩy nhanh quá trình tạo nguyên mẫu.
Yokohama Rubber đang nỗ lực cải thiện hiệu quả phát triển vật liệu thông qua MI. Bằng cách phát triển công nghệ mô phỏng khám phá thiết kế đa mục đích và tìm kiếm kết quả mô phỏng bằng AI, chúng tôi đang thực hiện việc giảm số giờ làm việc để phát triển vật liệu và khám phá các phương pháp thiết kế mới.
Thông qua những nỗ lực của các công ty này, MI đang đóng một vai trò quan trọng trong việc phát triển vật liệu. MI đang có tác động đáng kể đến công nghệ kỹ thuật số trong phát triển vật liệu trong ngành hóa chất. Chuyển đổi số đang mang đến dự đoán và cảm giác khủng hoảng cho ngành, không chỉ trong ngành sản xuất lắp ráp mà còn trong hệ thống quy trình.
Thông qua những nỗ lực của các công ty này, MI đang đóng một vai trò quan trọng trong việc phát triển vật liệu.
MI đang tạo ra tác động đáng kể của công nghệ kỹ thuật số trong phát triển vật liệu trong ngành hóa chất. Chuyển đổi số đang mang đến dự đoán và cảm giác khủng hoảng cho ngành, không chỉ trong ngành sản xuất lắp ráp mà còn trong hệ thống quy trình.