一項創新材料的開發，從發現、配方調整，到應用產品、生產最佳化，平均需要耗費18年的時間、耗費數億美元的成本；但材料每一次的創新或更換，都會對原本的製造體系、設備與標準造成顛覆性的改變，帶動數十億美元的新市場商機。人工智慧、大數據與共享經濟的興起與技術進展，不單單帶動了物聯網、自駕車等新興議題，連新材料的開發、驗證也可以尋求電腦的協助，讓研究人員的天分與努力可以有效的加倍產出。
本文將從以下大綱，從新創公司與既有大廠的投入現狀進行分析，介紹材料模擬產業化案例。
‧前言
‧材料模擬產業化案例
1. QuesTek Innovations LLC
2. Grzybowski Scientific Inventions (GSI)
3. Citrine Informatics
4. Simbeyond
5. TS Technology
6. BASF
7. 日本材料大廠投入狀況
(1) 豐田中央研究所（豐田中研）
(2) 住友化學
(3) 旭化成
(4) 住友電工
‧結語
【內文精選】
材料模擬產業化案例
歷經十數年的發展，材料模擬不單僅是學術研究，而已經跨入產業界。大型化工材料廠商紛紛在研究所中增設材料模擬或計算化學實驗室，增聘材料模擬或計算化學的職位、聘用具經驗人員；歐、美、日均出現材料模擬與提供資料庫的新創公司，還獲得創投公司資金的支持。以下將分別從新創公司與既有大廠的投入現狀進行分析。
3. Citrine Informatics
Citrine Informatics係由Meredig、Mulholland和Kyle Michel在2013年共同成立，結合大數據分析與先進學習計算，以協助材料開發。從初始的研發、產品設計到量產的每一階段，利用龐大的數據與演算法進行材料設計，提供具有產品所需屬性的候選材料列表，並預測這些材料可能失敗的因素，使公司有機會在研發過程中改善問題。主要客戶為大型製造和材料公司的科學家與工程師，及大學和政府實驗室的研究人員。Citrine Informatics重要的合作對象及領域如圖一所示。
6. BASF
全球化工材料第一大廠BASF積極投入「數位化(Digitalization)工程」，如圖三所示，BASF將物流、工廠現場、預測性維修、客戶聯繫與能源管理數位化，更將研發導入電腦運算。為了數位化工程，在2017年自建一台每秒可運算1.75千兆次(Petaflops)的超級電腦「Quriosity」，在2018年6月的全球超級電腦百大排名名列98名。BASF藉由數位化與大數據虛擬建模，將電腦模擬與實驗室實驗同步進行。模擬有助於實驗的設計與預測，而實驗能提供可量測的結果以評估計算模型，最終可協助研發人員瞭解產品與技術，進而在短時間內發現更大的創新。目前BASF已有許多利用超級電腦進行運算、協助材料開發的案例，說明如下。（想獲取更多的案例…請登入會員，下載下方附檔）
圖三、BASF數位化範圍
7. 日本材料大廠投入狀況
日本早在21世紀初期即投入材料模擬開發。日本的材料業界除了加入政府與研究單位的相關研究計畫之外，因為文化與產業特性不同，許多大型材料企業的研究單位內也設立材料模擬單位，協助公司進行各項新材料的開發研究。
(1) 豐田中央研究所（豐田中研）
豐田汽車集團底下的豐田中央研究所(Toyota Central R&D Labs., Inc.)結合材料大數據與人工智能技術，利用跨領域的材料資料庫，從17萬項可能的材料中，透過模擬生成未知的物質，結合基因演算，縮小範圍至18項新材料再進行研發，大幅減少試做的時間與成本（圖四）。
圖四、豐田中央研究所藉由大數據與人工智能開發新材料
(3) 旭化成
旭化成(Asahi Kasei)的基盤研究所中設有「科學技術計算」單位，進行計算化學、中尺度模擬，利用計算化學協助其他部門在觸媒、半導體材料、鋰電池電解液等方面進行開發。目前已經透過量子分子動力學(Quantum Molecular Dynamic; QMD)進行鋰離子二次電池中電解質的熱分解反應預測…以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
作者：葉仰哲／工研院企研處
★本文節錄自「工業材料雜誌」382期，更多資料請見下方附檔。