Sztuczna inteligencja odkrywa sekrety produkcji tlenu na Czerwonej Planecie

Chemikowi AI udało się stworzyć katalizator do produkcji tlenu z marsjańskich meteorytów.

Wyemigruj i zamieszkaj tam Mars Często są to motywy science fiction. Zanim te marzenia staną się rzeczywistością, ludzkość stoi przed poważnymi wyzwaniami, takimi jak niedobór kluczowych zasobów, takich jak tlen potrzebny do długoterminowego przetrwania na Czerwonej Planecie. Jednak ostatnie odkrycia aktywności wody na Marsie wzbudziły nową nadzieję na pokonanie tych przeszkód.

Naukowcy badają obecnie możliwość rozkładu wody w celu wytworzenia tlenu poprzez elektrochemiczne utlenianie wody napędzane energią słoneczną za pomocą katalizatorów reakcji wydzielania tlenu (OER). Wyzwanie polega na znalezieniu sposobu na produkcję tych katalizatorów na miejscu przy użyciu materiałów znalezionych na Marsie, zamiast transportować je z Ziemi, co jest drogie.

Postępy sztucznej inteligencji i chemii marsjańskiej

Aby rozwiązać ten problem, zespołowi kierowanemu przez profesora Luo Yi, profesora Jiang Jun i profesora Shang Weiwei z Chińskiego Uniwersytetu Nauki i Technologii (USTC) Chińskiej Akademii Nauk (CAS) udało się niedawno to umożliwić. Automatyczne zbieranie i optymalizacja katalizatorów OER z marsjańskich meteorytów przy użyciu zautomatyzowanej sztucznej inteligencji chemicznej (AI).

Wyniki ich badań, prowadzonych we współpracy z Deep Space Exploration Laboratory, zostały niedawno opublikowane w czasopiśmie Synteza natury.

„Chemik wykorzystujący sztuczną inteligencję w innowacyjny sposób syntetyzuje katalizator OER przy użyciu materiałów marsjańskich w oparciu o interdyscyplinarną współpracę” – powiedział profesor Luo Yi, starszy naukowiec w zespole.

Podczas każdej sesji eksperymentalnej chemik AI najpierw analizuje skład pierwiastkowy marsjańskich rud, używając spektroskopii indukowanej laserowo (LIBS) jako oczu. Następnie na rudach przeprowadza się szereg zabiegów wstępnej obróbki obejmujących naważanie na stanowisku dystrybucji części stałych, przygotowanie roztworów wsadowych na stanowisku dozowania cieczy, separację cieczy na stanowisku wirówki oraz zestalanie na stanowisku suszarki.

Chemik-robot AI tworzy przydatne katalizatory wytwarzające tlen, korzystając z marsjańskich meteorytów. Źródło: Grupa AI-Chemist na Uniwersytecie Nauki i Technologii w Chinach

Powstałe wodorotlenki metali poddaje się działaniu kleju nafionowego w celu przygotowania elektrody roboczej do badania OER na elektrochemicznym stanowisku pracy. Dane testowe są przesyłane do obliczeniowego „mózgu” chemika AI w czasie rzeczywistym Nauczanie maszynowe (ml) Przetwarzanie.

„Mózg” chemika AI wykorzystuje symulacje chemii kwantowej i dynamiki molekularnej 30 000 wodorotlenków o wysokiej entropii o różnych stosunkach pierwiastkowych i oblicza ich aktywność katalityczną OER za pomocą teorii funkcjonału gęstości. Dane symulacyjne służą do uczenia modelu sieci neuronowej w celu szybkiego przewidywania aktywności bodźców o różnym składzie pierwiastkowym.

Wreszcie, dzięki optymalizacji Bayesa, „mózg” przewiduje mieszankę dostępnych rud marsjańskich potrzebnych do wytworzenia optymalnego katalizatora OER.

Osiągnięcie przełomu w produkcji tlenu

Do tej pory chemik AI stworzył doskonały katalizator, wykorzystując pięć rodzajów marsjańskich meteorytów w warunkach bezzałogowych. Stymulator ten może pracować stabilnie przez ponad 550 000 sekund przy gęstości prądu 10 mA cm^-2 I przewaga 445,1 mV. Kolejny test w temperaturze -37°C, czyli temperaturze panującej na Marsie, potwierdził, że katalizator może stabilnie wytwarzać tlen bez widocznej degradacji.

W ciągu dwóch miesięcy chemik AI zakończył złożony proces optymalizacji katalizatora, który ludzkiemu chemikowi zająłby 2000 lat.

Zespół pracuje nad przekształceniem chemika opartego na sztucznej inteligencji w ogólną platformę eksperymentalną dla różnych składów chemicznych bez interwencji człowieka. Recenzent artykułu stanowczo zauważył: „Ten typ badań cieszy się powszechnym zainteresowaniem i podlega szybkiemu rozwojowi w zakresie syntezy i odkrywania materiałów organicznych/nieorganicznych”.

„W przyszłości ludzie mogliby zbudować fabrykę tlenu na Marsie z pomocą chemika AI” – powiedział Jiang. Aby wytworzyć wystarczające stężenie tlenu potrzebne do przeżycia człowieka, potrzeba tylko 15 godzin promieniowania słonecznego. Powiedział: „Ta zaawansowana technologia przybliża nas o krok do realizacji naszego marzenia o życiu na Marsie”.

Odniesienie: „Zautomatyzowana synteza katalizatorów wytwarzających tlen z meteorytów marsjańskich przez chemika-robota AI” autorstwa Qing Zhou, Yan Huang, Donglai Zhou, Luyuan Zhao, Lulu Guo, Ruyu Yang, Zexu Sun, Man Lu, Fei Zhang, Hengyu Xiao, Shen Sheng Tang, Shuchun Zhang, Tao Song, Xiang Li, Baochun Zhong, Johnny Zhou, Yihan Zhang, Baicheng Zhang, Jiaqi Cao, Guozhen Zhang, Song Wang, Guilin Yi, Wangjun Zhang, Haitao Zhao, Shuang Cong, Huirong Li, Li – Li Ling, Zhi Zhang, Yue Zhang, Jun Jiang i Yi Lu, 13 listopada 2023 r., Synteza natury.
doi: 10.1038/s44160-023-00424-1