材料研究前沿研讨会

Vijay Narayanan.IBM T.J.沃森研究中心
材料创新的黄金时代 - 从高κ/金属门到AI硬件

高-ĸ/金属门在CMOS芯片中随处可见，是学术界和公司实验室密切合作研究的产物。这些新材料重新实现了从FinFET(当前)到Nanosheet(未来)器件架构的CMOS缩放路线图。然而，CMOS的扩展速度正在变慢，性能优势随着每个节点的增加而递减。与此同时，消费数据的需求呈指数级增长，为此目的部署了基于深度学习的人工智能算法，并在图形处理单元(GPU)等专门的人工智能硬件上运行。然而，由于数据从内存传输到处理器，gpu消耗了大量的电力。电阻处理单元(RPU)设想将人工神经网络映射到非易失性内存(NVM)元素阵列，在内存和恒定时间内执行操作，从而实现显著的功耗性能优势。许多NVM元素正在被评估为RPU，但遭受了严重的不理想，因此再次成熟的创新和跨学术界和业界的合作。

关于Vijay Narayanan

Vijay Narayanan在印度马德拉斯理工学院获得冶金工程学士学位(1995年)，在卡内基梅隆大学获得材料科学与工程硕士学位(1996年)和博士学位(1999年)。在亚利桑那州立大学完成博士后研究后，Narayanan于2001年加入IBM T. J. Watson研究中心，在那里他开创了高-κ/金属门的研究和开发，从早期的材料发现阶段到制造的开发和实施。这些高-κ/金属门材料构成了最近所有IBM系统处理器和大多数移动设备低功耗芯片的基础。目前，Narayanan是IBM Fellow和IBM Research的高级经理，他是IBM Research的策略师物理的人工智能并领导团队为人工智能应用开发模拟加速器。Narayanan是IEEE高级会员，并于2011年当选为美国物理学会会员。他是100多篇期刊和会议论文的作者，拥有200多项专利，并编辑了一本书:硅薄膜:电子和光子应用。

Anke Weidenkaff（点击传记），Fraunhofer材料回收和资源策略研究机构IWKS
电动汽车零部件和材料的高效回收和再生

可持续的未来电子移动性需要具有可编程长寿命的高效循环能量转换器。
电化学能量转换过程中的电池，燃料电池和电解器需要完全可逆的局部效应，缺陷地层，相偏析和氧化还原反应。因此，必须开发再生或自修复材料以生产长期设备。

可持续的高性能材料的设计是基于理论预测、寿命周期评估和对成分-结构-性能关系、缺陷化学、离子迁移率评估和应用元素的临界分析的深厚知识，以改善未来电池的循环寿命。燃料电池和电解槽。

克里斯汀奥蒂斯，马萨诸塞州理工学院和第1研究所
社会导向的科学与技术——材料科学与工程领域的机遇与挑战

我们生活在一个充满社会不平等和地球危险的时代，因为人类的集体影响威胁着我们所知的地球生命，从根本上改变了我们的社会和生态系统。科学技术，特别是材料科学与工程，在为人类带来巨大利益的同时，也与这些巨大挑战交织在一起，并为之贡献力量。在重新设想一个更加公平和可持续的未来时，更不用说将其变为现实，我们必须承认、询问和理解支持科学和技术事业和我们的学科的历史背景、根源和系统结构，以及作为其基础的高等教育机构。

植根于社会探究、包容和公平的科学技术，对我们的生存比以往任何时候都更重要，更不用说进步了。本演讲将讨论以社会为导向的科学和技术方法，重点是材料科学和工程领域，并与人文领域的整合，如历史，社会科学，包括科学，技术和社会研究;社会公正;以及城市设计和基于社区的参与性研究，以询问、理解和塑造技术驱动的社会影响，以实现更公平、道德和可持续的结果。新兴领域将被考虑，如社会弹性基础设施的循环材料设计、人类世、材料和环境正义、防火安全材料、社会不公平和火灾的不同风险、社会生命周期评估和船舶拆解案例、伦理和社会导向计算材料。

关于克里斯汀ortiz

克里斯汀·奥尔蒂斯是一位科学家、工程师、教授、学者、前院长和学术企业家。奥尔蒂斯是麻省理工学院材料科学与工程Morris Cohen教授。Ortiz有超过180个学术出版物、监督研究项目的100多名学生来自10个不同的学科,并得到了30个国家及国际荣誉,包括科学和工程的总统奖被授予她总统乔治•布什(George w . Bush)在白宫。2010年至2016年，奥尔蒂斯担任麻省理工学院研究生教育院长，支持来自100多个国家的约7000名研究生。奥尔蒂斯在高等教育领域拥有超过25年的经验，在全球教育、跨学科课程开发、技术支持学习、多样性、公平和包容等领域引领了跨机构倡议。奥尔蒂斯是阿尔弗雷德·p·斯隆基金会赞助的麻省理工大学模范指导中心的创始首席研究员。奥尔蒂斯曾在50多个高等教育工作小组、工作组和委员会任职或担任主席。奥尔蒂斯曾担任高等教育机构委员会、新英格兰学校和学院协会的地区认证专员。奥尔蒂斯是一家非盈利高等教育机构的创始人，车站1它通过一种新的前沿学习和研究模式——社会导向的科学和技术——为机会铺平了道路。

莱西玛·谢蒂，银杏生物工程有限公司
设计生物学

生物学是地球上最强大的技术。它的自我修复、自我复制和制造原子级精确结构的能力在制造技术中是无与伦比的。在银杏，我们热衷于通过设计来利用生物学的力量。不幸的是，尽管近年来生物设计取得了重大进展，但与生物技术的潜力相比，生物设计的工具和技术仍然严重不足。我们对生物学如何工作的有限理解意味着，目前，生物设计本质上是一个搜索问题。在银杏，我们利用自动化和软件建立一个基因工程铸造厂，使我们能够更便宜和可规模性地为功能性有机体设计寻找潜在的生物设计空间。特别地，我将强调结合计算机辅助工程软件工具、廉价的基因合成和高分辨率精确的大规模LCMS来开发工程微生物的价值。然后，我将讨论我们如何应用这些技术来改善代谢紊乱治疗的“活药物”。

对莱西玛·谢蒂

Reshma Shetty于2008年共同创立了合成生物学Ginkgo Bioworks公司。从麻省理工学院分离出来的银杏的使命是使生物学更容易被设计。谢蒂从马萨诸塞州剑桥市的一间公寓起步，帮助公司发展到200人，融资4.5亿美元。2018年10月，银杏推出了Bioworks4，这是其第四代定制微生物设计、制造和测试设施。银杏同时在为味之素(Ajinomoto)、嘉吉(Cargill)和ADM等客户设计50多种生物。

Shetty在合成生物学领域活跃了10多年，并于2004年共同组织了SB1.0，这是第一次合成生物学国际会议。2005年，Shetty及其同事创建了OpenWetWare.org，这是一个在生物和生物工程研究人员之间免费共享信息的维基。2006年，她是国际基因工程机器（iGEM）竞赛的顾问，在该竞赛中，她最出名的是将细菌设计成香蕉和薄荷的味道。2008年,，《福布斯》杂志将谢蒂列为发明未来的八人之一，2011年，快速公司她将她的100名最具创造力的人民命名为商业。2014年，银杏成为第一个参加Ycombinator的生物技术公司。2018年，商业内幕她是最具影响力的女工程师之一。

Shetty拥有犹他大学计算机科学的BS学位，并从麻省理工学院获得生物工程博士学位。

丹尼尔·g·安德森，麻省理工学院
用于治疗递送核酸，基因组编辑工具和细胞的生物材料

高通量的组合方法已经彻底改变了小分子药物的发现。在这里，我们描述了我们在基因组编辑和细胞治疗生物材料组合开发方面的工作。我们工作的一个重点是开发纳米制剂，以促进核酸的细胞内传递和基因组编辑工具。可降解聚合物和类脂材料库已被合成、配制和筛选，以确定其在细胞内传递大分子有效载荷的能力。已经开发出了许多交付配方体内使用siRNA进行基因抑制，使用mRNA进行基因表达，或使用CRISPR/Cas9系统进行永久基因编辑。这些制剂已在一系列疾病模型和物种(包括灵长类动物)中显示出疗效，并处于不同的临床开发阶段。我们工作的第二个重点是生活的发展，可以根据需要生产治疗性蛋白质的药厂体内．利用组合化学，我们开发了新的水凝胶材料，可以封装和保护哺乳动物细胞，同时避免纤维化和疤痕组织形成。这些药物有望成为细胞的载体，特别是用于糖尿病和血友病的治疗。当这些材料被配制成微胶囊时，可以在免疫能力强的糖尿病啮齿动物以及正常的非人类灵长类动物中实现功能性的长期胰岛移植。

弗雷德里克·茂，丰田汽车北美洲公司
知识产权归档策略，产品组合管理和材料相关技术的许可

对知识产权战略的关键理解对于为材料相关技术建立有意义的知识产权组合至关重要。知识产权组合通常包括专利和商业秘密/专有技术信息的组合。与其他技术不同，材料相关技术(如电池、催化剂和功能化材料)的专利申请需要额外的数据、描述和文件，以确保对基础技术的广泛保护。虽然机械、电气和软件技术的专利申请确实需要对技术的结构和操作的详细描述，以使一个人在艺术上的技能消遣，此外，与材料相关的技术还需要对发明背后的潜在机制有很强的理解，并有实验室数据的有力支持。这方面的任何缺点都将导致狭隘的保护，只涵盖由所提供的数据支持的发明的特定方面。本报告将重点介绍确保材料相关技术知识产权保护的最佳做法。此外，我们将讨论如何围绕基本技术构建知识产权组合，并着眼于保护商业利益和许可。

关于弗雷德里克茂尔

他在丰田汽车北美公司担任知识产权法律顾问。他的工作职责包括北美所有高级研究、车辆工程和制造业务单元的所有专利申请、起诉和专利组合管理(国内和国外)。此外，Mau还处理和/或建议许多其他与知识产权相关的事务，其中可能包括专利纠纷、专利许可研究、开源软件、与合同有关的知识产权事务、业务建立和支持丰田政府事务的知识产权游说活动。除了担任TMNA的知识产权顾问，Mau还以专利许可总监的身份监督丰田知识产权解决方案的许可活动。

安德里亚振纽约城市大学（点击传记）
具有破损对称性的超材料中的极端波相互作用

在这次演讲中，我将讨论我们在电磁学、纳米光学和声学方面的最新发现，展示如何进行适当调整元原子他们的安排打开令人兴奋的途径，以基于光，射频和声音来实现极端现象和新技术。特别是，我讨论破损对称性的场地在从几何不对称和广义形式的性能中建立超材料中的新出现现象，以时间反转对称破裂和奇偶校正时间对称性在枢转方面发挥着关键作用。我们的工作表明了对称概念如何提供有趣的工具来打破Lorentz互惠性，并且基于机械运动，时空调制和/或非线性诱导的破裂的时间反转对称，实现了无需磁偏压的隔离。空间和时空破损的对称性开放也有机会在超材料中诱导拓扑顺序。还将讨论用2D和量子材料结合经典光子材料平台的混合超材料提供的机会，以及以异国晶格对称的量子材料为特征。最后，概述了奇偶阶段对称性和非封闭师物理学在使超出被动系统限制之外的宽带波操纵中的作用。在谈话中，我将概述这些概念对基础科学的影响，从古典波浪到量子现象。