材料研究前沿研讨会

Vijay NarayananIBM T.J.沃森研究中心
材料创新的黄金时代——从高κ/金属门到人工智能硬件

高ĸ/金属门在CMOS芯片中无处不在，是学术界和企业实验室之间紧密合作研究的产物。这些新材料重新为CMOS从FinFET（当前）到纳米片（未来）器件架构的扩展提供了路线图。然而，CMOS扩展速度正在放缓，每个节点的性能优势都在减少。与此同时，随着基于深度学习的人工智能算法的部署和在图形处理单元（GPU）等专用人工智能硬件上的运行，数据消费需求呈指数级增长。然而，由于数据从内存传输到处理器，GPU消耗了大量的能量。电阻处理单元（RPU）设想将人工神经网络映射到非易失性存储器（NVM）元件阵列，这些元件在存储器和恒定时间中执行操作，从而实现显著的功率性能优势。许多NVM元素被评估为RPU，但存在显著的非理想性，因此，学术界和工业界的创新和合作再次成熟。

关于Vijay Narayanan

Vijay Narayanan在马德拉斯印度理工学院获得冶金工程BTech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/金属门研究和开发的先河，从材料发现的早期阶段到制造业的开发和实施。这些高κ/金属栅极材料构成了所有最新IBM systems处理器和大多数用于移动设备的低功耗芯片的基础。目前，Narayanan是IBM研究员和IBM Research的高级经理，他是IBM的策略师人工智能物理学并领导团队为AI应用开发模拟加速器。纳拉亚南是IEEE高级成员，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。

安科·魏登卡夫(点击查看简介)，德国弗劳恩霍夫材料回收与资源策略研究所IWKS
电动汽车零部件和材料的高效回收和再生

一个可持续的未来电动汽车需要一个高效的循环能源转换器与可编程的长寿命。
电池、燃料电池和电解槽中的电化学能量转换过程需要局部效应、缺陷形成、相分离和氧化还原反应的完全可逆性。因此，必须开发可再生或自我修复材料来生产持久耐用的设备。

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·奥尔蒂斯麻省理工学院和空间站1
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。

植根于社会调查、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为重要，更不用说进步了。本演示将讨论以社会为导向的科学和技术方法，重点关注材料科学和工程领域，并与人文领域（如历史、社会科学，包括科学、技术和社会研究）相结合；社会公正；以及公民设计和基于社区的参与性研究，以便审问、理解和塑造技术驱动的社会影响，实现更公平、道德和可持续的结果。将考虑新兴领域，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、消防安全材料、社会不平等和不同的火灾风险、社会生命周期评估和拆船案例、伦理和社会导向计算材料。

对克里斯汀·奥尔蒂斯

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，Station1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。

瑞诗玛·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年联合组织了SB1.0国际合成生物学会议。2005年，谢蒂和他的同事创立了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wiki。2006年，她是国际基因工程机器(iGEM)竞赛的顾问，在该竞赛中，她以将细菌改造成香蕉和薄荷味而闻名。在2008年,《福布斯》杂志将谢蒂列为发明未来的八人之一，2011年，快速公司她被评为100位最有创造力的商界人士之一。2014年，银杏成为首家参与YCombinator的生物科技公司。在2018年,商业内幕她是最具影响力的女工程师之一。

谢蒂拥有犹他大学计算机科学学士学位和麻省理工学院生物工程博士学位。

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、组合方法使小分子药物发现发生了革命性的变化。在这里，我们描述了我们的工作组合开发生物材料的基因组编辑和细胞治疗。我们的工作重点之一是开发可促进细胞内核酸传递和基因组编辑工具的纳米制剂。可降解聚合物和类脂材料的文库已经合成、配制和筛选，因为它们具有在细胞内传递大分子有效载荷的能力。已经开发了一些交付配方在活的有机体内使用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在活的有机体内．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。

毛福祥丰田汽车北美公司
材料相关技术的知识产权申报策略、组合管理和许可

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

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·阿尔ù(点击查看传记)，纽约城市大学
对称破碎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，并说明这些发现是如何量身定制的硬邦邦他们的安排开辟了令人兴奋的道路，使极端现象和基于光、无线电波和声音的新技术成为可能。特别地，我讨论了在建立超材料中出现的现象，从几何不对称和广义手性形式，到时间反转对称的破缺和奇偶时对称中，破缺对称性扮演关键角色的场所。我们的工作表明，基于由机械运动、时空调制和/或非线性引起的断裂时间反转对称性，对称概念如何提供了有趣的工具来打破洛伦兹互易，并在不需要磁偏的情况下实现隔离。空间和时空中对称的破坏也为诱导超材料的拓扑秩序提供了机会。将经典光子材料平台与具有奇异晶格对称性的二维和量子材料相结合的混合超材料提供的机会也将被讨论。最后，将概述奇偶时间对称性和非厄米物理学在使宽带波操纵超越无源系统的限制方面的作用。在演讲中，我将概述这些概念的影响，从基础科学到实用技术，从经典波到量子现象。