Η τεχνητή νοημοσύνη αποκαλύπτει τα μυστικά της παραγωγής οξυγόνου στον Κόκκινο Πλανήτη

Ένας χημικός τεχνητής νοημοσύνης δημιούργησε με επιτυχία έναν καταλύτη για την παραγωγή οξυγόνου από μετεωρίτες του Άρη.

Μετανάστευσε και ζήστε εκεί Άρης Είναι συχνά θέματα επιστημονικής φαντασίας. Προτού αυτά τα όνειρα γίνουν πραγματικότητα, η ανθρωπότητα αντιμετωπίζει μεγάλες προκλήσεις, όπως η έλλειψη ζωτικών πόρων όπως το οξυγόνο που απαιτείται για τη μακροπρόθεσμη επιβίωση στον Κόκκινο Πλανήτη. Ωστόσο, οι πρόσφατες ανακαλύψεις της υδάτινης δραστηριότητας στον Άρη έχουν δημιουργήσει νέες ελπίδες για την υπέρβαση αυτών των εμποδίων.

Οι επιστήμονες διερευνούν τώρα τη δυνατότητα αποσύνθεσης του νερού για την παραγωγή οξυγόνου μέσω ηλεκτροχημικής οξείδωσης του νερού μέσω ηλιακής ενέργειας με τη βοήθεια καταλυτών αντίδρασης εξέλιξης οξυγόνου (OER). Η πρόκληση είναι να βρεθεί ένας τρόπος για την κατασκευή αυτών των καταλυτών επιτόπου χρησιμοποιώντας υλικά που βρίσκονται στον Άρη, αντί να μεταφέρονται από τη Γη, κάτι που είναι ακριβό.

Πρόοδοι στην τεχνητή νοημοσύνη και τη χημεία του Άρη

Για την αντιμετώπιση αυτού του προβλήματος, μια ομάδα με επικεφαλής τον καθηγητή Luo Yi, τον καθηγητή Jiang Jun και τον καθηγητή Shang Weiwei από το Πανεπιστήμιο Επιστήμης και Τεχνολογίας της Κίνας (USTC) της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών (CAS) κατάφερε πρόσφατα να το καταστήσει δυνατό. Για αυτόματη συλλογή και βελτιστοποίηση καταλυτών OER από μετεωρίτες του Άρη χρησιμοποιώντας αυτοματοποιημένη χημική τεχνητή νοημοσύνη (AI).

Η έρευνά τους, σε συνεργασία με το Deep Space Exploration Laboratory, δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο περιοδικό Σύνθεση της φύσης.

«Ο χημικός που βασίζεται στην τεχνητή νοημοσύνη συνθέτει καινοτόμα τον καταλύτη OER χρησιμοποιώντας υλικά του Άρη με βάση τη διεπιστημονική συνεργασία», δήλωσε ο καθηγητής Luo Yi, ανώτερος επιστήμονας της ομάδας.

Σε κάθε πειραματική συνεδρία, ο χημικός AI αναλύει πρώτα τη στοιχειακή σύνθεση των μεταλλευμάτων του Άρη χρησιμοποιώντας φασματοσκοπία επαγόμενης από λέιζερ (LIBS) ως μάτια του. Στη συνέχεια, πραγματοποιείται μια σειρά προεπεξεργασιών στα μεταλλεύματα, συμπεριλαμβανομένης της ζύγισης στο σταθμό εργασίας διανομής στερεών, της προετοιμασίας διαλυμάτων πρώτης ύλης στο σταθμό εργασίας διανομής υγρών, του διαχωρισμού υγρών στο σταθμό εργασίας της φυγοκέντρησης και της στερεοποίησης στο σταθμό εργασίας του ξηραντηρίου.

Ένας ρομποτικός χημικός τεχνητής νοημοσύνης δημιουργεί χρήσιμους καταλύτες που παράγουν οξυγόνο χρησιμοποιώντας μετεωρίτες του Άρη. Πίστωση: AI-Chemist Group στο Πανεπιστήμιο Επιστήμης και Τεχνολογίας της Κίνας

Τα προκύπτοντα υδροξείδια μετάλλων υποβάλλονται σε επεξεργασία με κόλλα Nafion για την προετοιμασία του ηλεκτροδίου εργασίας για δοκιμή OER στον ηλεκτροχημικό σταθμό εργασίας. Τα δεδομένα δοκιμής αποστέλλονται στον υπολογιστικό «εγκέφαλο» του χημικού AI σε πραγματικό χρόνο Μηχανική μάθηση (ml) Επεξεργασία.

Ο «εγκέφαλος» του χημικού AI χρησιμοποιεί προσομοιώσεις κβαντικής χημείας και μοριακής δυναμικής 30.000 υδροξειδίων υψηλής εντροπίας με διαφορετικές στοιχειώδεις αναλογίες και υπολογίζει τις καταλυτικές τους δραστηριότητες OER μέσω της συναρτησιακής θεωρίας πυκνότητας. Τα δεδομένα προσομοίωσης χρησιμοποιούνται για την εκπαίδευση ενός μοντέλου νευρωνικού δικτύου ώστε να προβλέπει γρήγορα τις δραστηριότητες ερεθισμάτων με διαφορετικές στοιχειακές συνθέσεις.

Τέλος, μέσω της Bayesian βελτιστοποίησης, ο «εγκέφαλος» προβλέπει το μείγμα των διαθέσιμων μεταλλευμάτων του Άρη που απαιτούνται για την κατασκευή του βέλτιστου καταλύτη OER.

Επίτευξη σημαντικής ανακάλυψης στην παραγωγή οξυγόνου

Μέχρι στιγμής, ο χημικός AI έχει δημιουργήσει έναν εξαιρετικό καταλύτη χρησιμοποιώντας πέντε τύπους αρειανών μετεωριτών υπό μη επανδρωμένες συνθήκες. Αυτός ο διεγέρτης μπορεί να λειτουργήσει σταθερά για περισσότερα από 550.000 δευτερόλεπτα σε πυκνότητα ρεύματος 10 mA cm^-2 Και υπερισχύ 445,1 mV. Μια άλλη δοκιμή στους -37°C, η θερμοκρασία στον Άρη, επιβεβαίωσε ότι ο καταλύτης μπορούσε να παράγει οξυγόνο σταθερά χωρίς εμφανή υποβάθμιση.

Μέσα σε δύο μήνες, ο χημικός τεχνητής νοημοσύνης ολοκλήρωσε μια πολύπλοκη διαδικασία βελτιστοποίησης καταλύτη που θα χρειαζόταν έναν άνθρωπο χημικό 2.000 χρόνια.

Η ομάδα εργάζεται για να μετατρέψει τον χημικό που βασίζεται στην τεχνητή νοημοσύνη σε μια γενική πλατφόρμα πειραματισμού για διάφορες χημικές συνθέσεις χωρίς ανθρώπινη παρέμβαση. Ο κριτής της εργασίας σημείωσε έντονα: «Αυτό το είδος έρευνας παρουσιάζει ευρέως διαδεδομένο ενδιαφέρον και υπόκειται σε ταχεία ανάπτυξη στη σύνθεση και ανακάλυψη οργανικών/ανόργανων υλικών».

«Στο μέλλον, οι άνθρωποι θα μπορούσαν να δημιουργήσουν ένα εργοστάσιο οξυγόνου στον Άρη με τη βοήθεια ενός χημικού τεχνητής νοημοσύνης», είπε ο Jiang. Απαιτούνται μόνο 15 ώρες ηλιακής ακτινοβολίας για να παραχθεί η επαρκής συγκέντρωση οξυγόνου που απαιτείται για την επιβίωση του ανθρώπου. Είπε: «Αυτή η προηγμένη τεχνολογία μας φέρνει ένα βήμα πιο κοντά στην επίτευξη του ονείρου μας να ζήσουμε στον Άρη».

Αναφορά: «Αυτόματη σύνθεση καταλυτών που παράγουν οξυγόνο από μετεωρίτες του Άρη από έναν ρομποτικό χημικό AI» από τους 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 και Yi Lu, 13 Νοεμβρίου 2023, Σύνθεση της φύσης.
doi: 10.1038/s44160-023-00424-1