採訪 / 何郁庭（科學推展中心執行編輯）．撰稿 / 洪佳如 (科學推展中心特約編輯)
審訂 / 包淳偉 研究員 (中央研究院應用科學研究中心)
中央研究院應用科學研究中心研究員包淳偉，身兼國立臺灣大學、陽明交通大學、以及國立東華大學之合聘教授，曾任美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室理論部博士後研究員。致力於開發多尺度模擬方法研究複雜組成材料，其傑出表現獲得113年度國科會傑出研究獎、第23屆有庠科技論文獎等肯定。
難忘打開新世界大門的悸動
包淳偉在大學時期就讀國立清華大學動力機械工程學系，自大三下始，開始對研究熱力跟流體力學開始產生興趣，進入實驗室做專題後，投入引擎燃燒如何減少有毒排放的研究方向，從那時起，包淳偉開始對能源科技產生更深層的思考，更進一步意識到，高科技能源產業在未來的重要性，以及應用物理在其中所扮演的角色，因此需要多多充實這方面的學識能力。
雖對物理產生興趣，然而，機械系課程主要聚焦於工程力學，年輕的包淳偉心想，若是自己的研究領域想往自己夢想的核融合或先進核能技術靠近，勢必需要對基礎物理、基礎化學有更深入研究。於是，在包淳偉升上大四後，他在清大核子工程系上（現為工程與系統科學系）修習一年的近代物理、核融合工程與電漿物理，包淳偉印象相當深刻，在修習電漿物理課程時，他感覺到打開一扇新世界大門的悸動，發現流體力學加上電動力學之後，竟然可以產生這麼多神奇的變化！那一刻，他下定決心，未來一定要前往德國馬克斯普朗克電漿物理所繼續深造
大方向與隨機因子，造就科學創新
這樣的心願，醞釀了好一段時間，但當兵退伍後，由於家庭考量緣故，包淳偉決定改在台灣攻讀研究所，在機緣巧合之下，他先到國家同步輻射研究中心磁鐵組擔任助理一職，實際接觸基礎科學研究，一年之後，當時對電漿物理、電漿的磁流體力學特別感興趣的包淳偉，從昔日同窗的口中，得知臺大應力所楊照彥老師專門研究該領域。順利考取後，包淳偉反而被應力所張建成老師的分子模擬研究所吸引。可以說，包淳偉的人生始終有著大方向，但過程隨心、彈性的調整。包淳偉也自謙，以自身經歷來看，所謂科學創新，隨機的成分還真不小，做研究需要有一個大方向，再搭配隨機的成分，兩者相輔相成，科學才能夠真正的進步，「不然，如果大家都往一個方向走，萬一這條路剛好是死路，那該怎麼辦？」他打趣的說。
在投入分子模擬取得碩士學位後，包淳偉前往美國大學深造，順利進入美國普林斯頓大學攻讀博士，儘管就讀於機械與航太工程系，但是學界始終有一個非正式的說法「普林斯頓的工學院就是物理系」，普林斯頓的機械與航太系對於應用以及工程物理研究，如雷射、電漿、以及表面科學的投入對包淳偉來說是一個可以好好學習發揮的完美平台。
博士畢業之後，包淳偉加入美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室（Los Alamos National Laboratory, LANL）理論部擔任博士後研究員。在洛斯阿拉莫斯期間，他見識到了高科技及理論模擬如何應用於原油產業，例如在頁岩油開採的領域中，為了探究多孔介質中的流體（就是頁岩油）以及岩層破裂行為，美國頂尖石油顧問公司吸納了非常多包淳偉在理論部頂尖的理論模擬同事。這段研究歷程帶給包淳偉重要的人生啟發也拓展了全新的視野，也讓包淳偉更加體認到基礎研究對產業界的重要。哪怕是像採油這樣的「黑手」產業，在高科技的加持之下，也會成為像台積電一樣只此一家的金雞母！
結合機器學習(ML)與分子模擬，連結微觀與巨觀
自從國立清華大學材料科學工程學系葉均蔚特聘院士於2004年提出高熵合金的概念以來，許多研究人員在此基礎上持續深化，包淳偉也是其中一名成員。包淳偉笑稱自己是名吃貨，因此解釋科普知識時選擇以美食譬喻高熵合金的特性──製作合金時，時常會希望加入的不同原子盡可能維持在均勻混合的狀態，就像一碗剛拌勻的拌麵；不過，即便再美味，拌麵只要放置時間過長，醬汁就會開始往下沉。高熵合金跟拌麵不一樣的是，這碗拌麵配料豐富，不用特別去攪拌，便已經混得很均勻，醬與料已經自然的跟麵結合在一起，這種「自發均質性」正是其最大特點。包淳偉進一步說明，很多時候如果沒有均勻混合的話，對於整體結構應用，會產生不利的影響。
實際應用層面來說，以催化材料為例，理論上高熵合金能將具有催化效能的元素，盡可能以單原子的狀態均勻分布在原子大海裡。如果在新材料裡，希望微小結構能將所有的構成原子，盡可能均勻混合時，這時候，高熵合金將會是不錯的選擇。進行高熵合金這項題目時，團隊引進了多尺度模擬概念，其主要契機來自於一開始團隊接觸這項題目時，基本上都是新開發出來的材料，所以必須使用量子化學計算研究方法。可是，問題出在它的計算速度非常緩慢，團隊能夠處理的材料系統也非常的小。
同一時間，包淳偉的實驗夥伴，開始研究較為巨觀的性質，像是機械性質的變形與斷裂，為了研究巨觀性質，必須引入多尺度模擬概念，藉由機器學習(ML)與分子模擬的方法，用非常小尺度的量子化學的計算結果，去訓練機器學習的模型，把微觀的行為，透過機器學習模型，發揮在巨觀模型裡面，連結量子化學的小尺度跟分子模擬的大尺度，如此一來，便可以擴張原來幾百顆原子的小小系統到數十乃至數百萬顆原子的大系統，從而順利分析出材料巨觀的性質及行為。
無論在高熵材料領域或太陽能材料領域上，包淳偉團隊成功結合ML模型與大尺度分子模擬研究，提出開創性的結果，包括複雜合金的差排動力學與相變現象，以及首次成功模擬小分子有機太陽能電池刮刀及共蒸鍍製程的介觀相分結構，在微觀與巨觀世界中，連結並開創未來複雜組成材料的無限可能。
挖掘意料之外，情理之中的科學驚喜
訪問的尾聲，包淳偉認為一名好科學家，需要長期保持好奇心，以及願意投身研究的行動力。包淳偉進一步說明，他尤其喜歡在意料之外的實驗結果的背後，找到情理之中的解釋，能夠和實驗室的夥伴與學生們，一起用盡各種理論模擬手法，探索背後未知的機制，再與實驗夥伴們分享，對他來講，感到非常滿足，也是支持包淳偉繼續研究的最大驅動力。
