Роботизированный AI-Chemist@USTC создает полезный катализатор для выработки кислорода из марсианских метеоритов. Фото: Группа AI-Chemist в Университете науки и технологий Китая.
Иммиграция и жизнь на Марсе уже давно описаны в научной фантастике. Но прежде чем эта мечта превратится в реальность, людям придется преодолеть препятствие — нехватку химических веществ, таких как кислород, необходимых для долгосрочного выживания на планете. Однако недавнее открытие активности воды на Марсе является многообещающим.
В настоящее время ученые изучают возможность разложения воды с получением кислорода посредством электрохимического окисления воды, вызванного солнечной энергией, с помощью катализаторов реакции выделения кислорода (OER). Задача состоит в том, чтобы найти способ синтезировать эти катализаторы на месте, используя материалы на Марсе, вместо того, чтобы транспортировать их с Земли, что обходится дорого.
Чтобы решить эту проблему, команда под руководством профессора Ло И, профессора Цзян Цзюня и профессора Шан Вэйвэя из Университета науки и технологий Китая (USTC) Китайской академии наук (CAS) недавно сделала возможным автоматически синтезировать и оптимизировать катализаторы ООР из марсианских метеоритов с помощью своего робота-химика с искусственным интеллектом (ИИ).
Их исследование было опубликовано в журнале Nature Synthesis.
«Химик искусственного интеллекта инновационно синтезирует[d] Катализатор OER с использованием марсианского материала на основе междисциплинарного сотрудничества», — сказал профессор Луо И, ведущий научный сотрудник группы.
В каждом экспериментальном цикле химик-ИИ сначала анализирует элементный состав марсианских руд, используя в качестве глаз спектроскопию лазерно-индуцированного пробоя (LIBS).
Затем он выполняет ряд предварительных обработок руды, включая взвешивание на рабочей станции для дозирования твердых частиц, подготовку исходных растворов на рабочей станции для дозирования жидкости, отделение жидкости от жидкости на рабочей станции центрифугирования и достижение затвердевания на сушильной рабочей станции.
Полученные гидроксиды металлов обрабатывают клеем «Нафион» для подготовки рабочего электрода к ОЭР-испытаниям на электрохимическом АРМ. Данные испытаний отправляются в вычислительный «мозг» химика-ИИ в режиме реального времени для обработки машинным обучением (ML).
«Мозг» ИИ-химика использует квантовое химическое и молекулярно-динамическое моделирование для 30 000 высокоэнтропийных гидроксидов с различными соотношениями элементов и рассчитывает их каталитическую активность OER с помощью теории функционала плотности. Данные моделирования используются для обучения модели нейронной сети для быстрого прогнозирования активности катализаторов с различным элементным составом.
Наконец, посредством байесовской оптимизации «мозг» предсказывает комбинацию доступных марсианских руд, необходимых для синтеза оптимального катализатора OER.
На данный момент химик по искусственному интеллекту создал отличный катализатор, используя пять типов марсианских метеоритов в беспилотных условиях. Этот катализатор может стабильно работать более 550 000 секунд при плотности тока 10 мА/см2 и перенапряжении 445,1 мВ. Дальнейшие испытания при -37 °C (температура Марса) подтвердили, что катализатор может стабильно производить кислород без какого-либо видимого разрушения.
За два месяца химик-ИИ завершил сложную оптимизацию катализаторов, на которую у химика-человека ушло бы 2000 лет.
Команда работает над тем, чтобы превратить ИИ-химика в общую экспериментальную платформу для различного химического синтеза без вмешательства человека. Рецензент статьи отметил: «Этот тип исследований представляет широкий интерес и находится в стадии быстрого развития в области синтеза и открытия органических/неорганических материалов».
«В будущем люди смогут создать кислородный завод на Марсе с помощью химика по искусственному интеллекту», — сказал Цзян. Всего 15 часов солнечного облучения необходимы для производства достаточной концентрации кислорода, необходимой для выживания человека. «Эта революционная технология приближает нас на один шаг к осуществлению нашей мечты о жизни на Марсе», — сказал он.
Информация от: Китайской академией наук
