Een scheikundige gespeeld door kunstmatige intelligentie heeft met succes een katalysator gecreëerd die zuurstof kan produceren uit meteorieten van Mars. Het koloniseren en leven op Mars is vaak het onderwerp van sciencefiction. Voordat deze dromen werkelijkheid kunnen worden, wordt de mensheid geconfronteerd met enorme uitdagingen, zoals de schaarste aan vitale hulpbronnen zoals zuurstof die nodig zijn voor overleving op de lange termijn op de Rode Planeet. De recente ontdekking van wateractiviteit op Mars biedt echter nieuwe hoop om deze obstakels te overwinnen.

Onlangs is er een doorbraak bereikt in de technologie voor het synthetiseren van zuurstof op Mars met behulp van robotachtige kunstmatige intelligentie-chemici om zuurstofkatalysatoren uit Mars-meteorieten te extraheren, wat een belangrijke stap markeert in de richting van het verwezenlijken van de droom van het koloniseren van Mars. Verwacht wordt dat deze technologie een zuurstoffabriek op Mars zal vestigen, waardoor de menselijke bewoning op Mars dichter bij de realiteit komt. Bron afbeelding: Artificial Intelligence Chemist Group van de Universiteit voor Wetenschap en Technologie van China

Wetenschappers onderzoeken momenteel de mogelijkheid om water te splitsen om zuurstof te produceren door middel van elektrochemische wateroxidatie op zonne-energie met behulp van katalysatoren voor zuurstofontwikkelingsreacties (OER). De uitdaging is nu om een ​​manier te vinden om deze katalysatoren in situ te synthetiseren met behulp van materialen op Mars, in plaats van ze vanaf de aarde te transporteren, waar verzending duur zou zijn.

Vooruitgang in kunstmatige intelligentie en chemie van Mars

Om dit probleem op te lossen heeft een team onder leiding van professoren Luo Yi, professor Jiang Jun en professor Shang Weiwei van de Universiteit voor Wetenschap en Technologie van China (USTC), de Chinese Academie van Wetenschappen, onlangs hun robotachtige kunstmatige intelligentie (AI)-chemicus gebruikt om automatisch OER-katalysatoren van meteorieten op Mars te synthetiseren en te optimaliseren.

Hun onderzoek, uitgevoerd in samenwerking met het Deep Space Exploration Laboratory, is onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Nature Synthesis. Professor Luo Yi, de hoofdwetenschapper van het team, zei: "Op basis van interdisciplinaire samenwerking hebben chemici op het gebied van kunstmatige intelligentie op innovatieve wijze OER-katalysatoren gesynthetiseerd met behulp van materialen van Mars."

In elke experimentele cyclus gebruiken scheikundigen op het gebied van kunstmatige intelligentie eerst laser-geïnduceerde afbraakspectroscopie (LIBS) als het 'oog' om de elementaire samenstelling van ertsen op Mars te analyseren. Vervolgens ondergaat het een reeks voorbehandelingen op het erts, waaronder het wegen in het vaste distributiewerkstation, het bereiden van grondstofoplossingen in het vloeistofdistributiewerkstation, het scheiden van de vloeistof in het centrifugaalscheidingswerkstation en het stollen in het drogerwerkstation.

Robot AI-Chemist gebruikt meteorieten van Mars om nuttige zuurstofproducerende katalysatoren te creëren. Bron: Artificial Intelligence Chemist Group van de Universiteit voor Wetenschap en Technologie van China

Het resulterende metaalhydroxide werd behandeld met DuPont Nafion-bindmiddel om de werkelektrode voor te bereiden voor OER-testen op het elektrochemische werkstation. De testgegevens worden in realtime naar het computationele ‘brein’ van de AI-chemicus gestuurd voor verwerking door machine learning (ML).

Het ‘brein’ van de scheikundige op het gebied van kunstmatige intelligentie gebruikte kwantumchemie en moleculaire dynamica om 30.000 hydroxiden met hoge entropie met verschillende elementverhoudingen te simuleren, en berekende hun OER-katalytische activiteit via dichtheidsfunctionaaltheorie. Gesimuleerde gegevens worden gebruikt om neurale netwerkmodellen te trainen om snel de katalysatoractiviteit voor verschillende elementaire samenstellingen te voorspellen.

Ten slotte voorspelt het ‘brein’ door middel van Bayesiaanse optimalisatie de combinatie van beschikbare Mars-ertsen die nodig zijn om de optimale OER-katalysator te synthetiseren.

Een doorbraak in de zuurstofproductie

Tot nu toe hebben scheikundigen op het gebied van kunstmatige intelligentie een uitstekende katalysator gecreëerd met behulp van vijf Mars-meteorieten onder onbeheerde omstandigheden. Bij een stroomdichtheid van 10 mAcm-2 en een overpotentiaal van 445,1 mV kan deze katalysator meer dan 550.000 seconden stabiel werken. Verdere tests bij Marstemperaturen van minus 37°C bevestigden dat de katalysator op stabiele wijze zuurstof kon produceren zonder enige significante degradatie.

In twee maanden voltooiden AI-chemici complex katalysatoroptimalisatiewerk dat menselijke chemici 2000 jaar zou hebben gekost.

Het team werkt eraan om van de AI-chemicus een universeel experimenteel platform te maken dat zonder menselijke tussenkomst een verscheidenheid aan chemische syntheses kan uitvoeren. De recensenten van het artikel waren er lovend over: "Dit soort onderzoek heeft een brede betekenis en bevindt zich in een snelle ontwikkelingsfase op het gebied van de synthese en ontdekking van organisch/anorganisch materiaal."

"In de toekomst kunnen mensen een zuurstoffabriek op Mars bouwen met de hulp van chemici op het gebied van kunstmatige intelligentie", zei Jiang. Er zijn slechts 15 uur zonlicht nodig om voldoende zuurstof te produceren voor de overleving van de mens. "Deze baanbrekende technologie brengt ons een stap dichter bij het verwezenlijken van onze droom om op Mars te leven", zei hij.

Samengestelde bron: ScitechDaily