L'intelligenza artificiale svela i segreti della produzione di ossigeno sul Pianeta Rosso

Un chimico specializzato in intelligenza artificiale è riuscito a creare un catalizzatore per produrre ossigeno dai meteoriti marziani.

Migrare e vivere lì Marte Sono spesso temi della fantascienza. Prima che questi sogni diventino realtà, l’umanità deve affrontare sfide importanti, come la scarsità di risorse vitali come l’ossigeno, necessario per la sopravvivenza a lungo termine sul Pianeta Rosso. Tuttavia, le recenti scoperte dell’attività dell’acqua su Marte hanno suscitato nuove speranze per superare questi ostacoli.

Gli scienziati stanno ora esplorando la possibilità di decomporre l’acqua per produrre ossigeno attraverso l’ossidazione elettrochimica dell’acqua guidata dal sole con l’aiuto di catalizzatori della reazione di evoluzione dell’ossigeno (OER). La sfida è trovare un modo per produrre questi catalizzatori in loco utilizzando materiali trovati su Marte, anziché trasportarli dalla Terra, il che è costoso.

Progressi nell'intelligenza artificiale e nella chimica marziana

Per affrontare questo problema, un team guidato dal professor Luo Yi, dal professor Jiang Jun e dal professor Shang Weiwei dell’Università di Scienza e Tecnologia della Cina (USTC) dell’Accademia cinese delle scienze (CAS) è recentemente riuscito a renderlo possibile. Raccogliere e ottimizzare automaticamente i catalizzatori OER dai meteoriti marziani utilizzando l'intelligenza artificiale chimica (AI) automatizzata.

La loro ricerca, in collaborazione con il Deep Space Exploration Laboratory, è stata recentemente pubblicata sulla rivista Sintesi della natura.

“Il chimico basato sull’intelligenza artificiale sintetizza in modo innovativo il catalizzatore OER utilizzando materiali marziani sulla base di una collaborazione interdisciplinare”, ha affermato il professor Luo Yi, scienziato senior del team.

In ogni sessione sperimentale, il chimico AI analizza prima la composizione elementare dei minerali marziani utilizzando la spettroscopia indotta dal laser (LIBS) come i suoi occhi. Successivamente, vengono eseguiti una serie di pretrattamenti sui minerali, tra cui la pesatura nella postazione di distribuzione dei solidi, la preparazione delle soluzioni di materia prima nella postazione di erogazione dei liquidi, la separazione dei liquidi nella postazione di centrifugazione e la solidificazione nella postazione di essiccazione.

Un chimico robotico basato sull'intelligenza artificiale crea utili catalizzatori per la generazione di ossigeno utilizzando meteoriti marziani. Credito: Gruppo AI-Chemist presso l'Università della Scienza e della Tecnologia della Cina

Gli idrossidi metallici risultanti vengono trattati con adesivo Nafion per preparare l'elettrodo di lavoro per i test OER nella stazione di lavoro elettrochimica. I dati dei test vengono inviati al “cervello” computazionale del chimico AI in tempo reale Apprendimento automatico (ml) Elaborazione.

Il “cervello” del chimico AI utilizza simulazioni di chimica quantistica e dinamica molecolare di 30.000 idrossidi ad alta entropia con diversi rapporti elementari e calcola le loro attività catalitiche OER tramite la teoria del funzionale della densità. I dati di simulazione vengono utilizzati per addestrare un modello di rete neurale a prevedere rapidamente le attività degli stimoli con diverse composizioni elementari.

Infine, attraverso l’ottimizzazione bayesiana, il “cervello” prevede il mix di minerali marziani disponibili necessari per produrre il catalizzatore OER ottimale.

Raggiungere una svolta nella produzione di ossigeno

Finora, il chimico AI ha creato un eccellente catalizzatore utilizzando cinque tipi di meteoriti marziani in condizioni senza equipaggio. Questo stimolatore può funzionare stabilmente per più di 550.000 secondi con una densità di corrente di 10 mA cm^-2 E una sovrapotenza di 445,1 mV. Un altro test a -37°C, la temperatura su Marte, ha confermato che il catalizzatore potrebbe produrre ossigeno stabilmente senza alcuna evidente degradazione.

Nel giro di due mesi, il chimico dotato di intelligenza artificiale ha completato un complesso processo di ottimizzazione del catalizzatore che a un chimico umano avrebbe richiesto 2.000 anni.

Il team sta lavorando per trasformare il chimico basato sull’intelligenza artificiale in una piattaforma generale di sperimentazione per varie composizioni chimiche senza intervento umano. Il revisore dell’articolo ha sottolineato con forza: “Questo tipo di ricerca è di ampio interesse ed è soggetto a un rapido sviluppo nella sintesi e nella scoperta di materiali organici/inorganici”.

“In futuro, gli esseri umani potrebbero creare una fabbrica di ossigeno su Marte con l'aiuto di un chimico dotato di intelligenza artificiale”, ha detto Jiang. Sono necessarie solo 15 ore di radiazione solare per produrre la concentrazione di ossigeno sufficiente necessaria per la sopravvivenza umana. Ha detto: “Questa tecnologia avanzata ci avvicina di un passo alla realizzazione del nostro sogno di vivere su Marte”.

Riferimento: “Sintesi automatizzata di catalizzatori che producono ossigeno da meteoriti marziani da parte di un chimico robotico AI” di 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 Zhu, 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 e Yi Lu, 13 novembre 2023, Sintesi della natura.
doi: 10.1038/s44160-023-00424-1