Những tiến bộ gần đây trong việc sản xuất oxy trên sao Hỏa bằng cách sử dụng nhà hóa học robot được hỗ trợ bởi AI để tạo ra chất xúc tác OER từ thiên thạch sao Hỏa là một bước quan trọng hướng tới hiện thực hóa giấc mơ xâm chiếm sao Hỏa. Công nghệ này hứa hẹn sẽ tạo ra một nhà máy sản xuất oxy trên sao Hỏa, đưa nơi cư trú của con người trên hành tinh này đến gần hơn với thực tế. Nguồn: Nhóm AI-Chemist tại Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc

Một nhà hóa học AI đã tạo thành công chất xúc tác tạo ra oxy từ thiên thạch sao Hỏa.

Di cư đến và sống ở đó Sao Hoả Chúng thường là chủ đề trong khoa học viễn tưởng. Trước khi những giấc mơ này trở thành hiện thực, nhân loại phải đối mặt với những thách thức lớn, chẳng hạn như sự khan hiếm các nguồn tài nguyên quan trọng như oxy cần thiết để tồn tại lâu dài trên Hành tinh Đỏ. Tuy nhiên, những khám phá gần đây về hoạt động của nước trên sao Hỏa đã mang lại hy vọng mới cho việc vượt qua những trở ngại này.

Các nhà khoa học hiện đang khám phá khả năng phân hủy nước để tạo ra oxy thông qua quá trình oxy hóa nước điện hóa nhờ năng lượng mặt trời với sự trợ giúp của các chất xúc tác phản ứng tiến hóa oxy (OER). Thách thức là tìm cách sản xuất những chất xúc tác này tại chỗ bằng vật liệu tìm thấy trên Sao Hỏa, thay vì vận chuyển chúng từ Trái đất vốn rất tốn kém.

Những tiến bộ trong trí tuệ nhân tạo và hóa học sao Hỏa

Để giải quyết vấn đề này, một nhóm do Giáo sư Luo Yi, Giáo sư Jiang Jun và Giáo sư Shang Weiwei từ Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc (USTC) thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc (CAS) dẫn đầu gần đây đã biến điều này thành hiện thực. Để tự động thu thập và tối ưu hóa các chất xúc tác OER từ thiên thạch sao Hỏa bằng trí tuệ nhân tạo hóa học tự động (AI).

Nghiên cứu của họ, với sự cộng tác của Phòng thí nghiệm thám hiểm không gian sâu, gần đây đã được công bố trên tạp chí Tổng hợp của thiên nhiên.

Giáo sư Luo Yi, nhà khoa học cấp cao của nhóm cho biết: “Nhà hóa học dựa trên AI tổng hợp một cách sáng tạo chất xúc tác OER bằng vật liệu sao Hỏa dựa trên sự hợp tác liên ngành”.

Trong mỗi buổi thử nghiệm, nhà hóa học AI trước tiên sẽ phân tích thành phần nguyên tố của quặng sao Hỏa bằng phương pháp quang phổ cảm ứng bằng laser (LIBS) làm mắt của mình. Tiếp theo, một loạt các bước tiền xử lý được thực hiện trên quặng, bao gồm cân trong trạm phân phối chất rắn, chuẩn bị dung dịch nguyên liệu trong trạm phân phối chất lỏng, tách chất lỏng trong trạm ly tâm và đông đặc trong trạm sấy.

Một nhà hóa học robot AI tạo ra các chất xúc tác tạo oxy hữu ích bằng cách sử dụng thiên thạch sao Hỏa. Nguồn: Nhóm AI-Chemist tại Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc

Các hydroxit kim loại thu được được xử lý bằng chất kết dính Nafion để chuẩn bị điện cực làm việc cho thử nghiệm OER trong trạm điện hóa. Dữ liệu thử nghiệm được gửi tới “bộ não” tính toán của nhà hóa học AI theo thời gian thực Học máy (ml) Đang xử lý.

“Bộ não” của nhà hóa học AI sử dụng hóa học lượng tử và mô phỏng động lực phân tử của 30.000 hydroxit entropy cao với các tỷ lệ nguyên tố khác nhau và tính toán hoạt động xúc tác OER của chúng thông qua lý thuyết chức năng mật độ. Dữ liệu mô phỏng được sử dụng để huấn luyện mô hình mạng lưới thần kinh nhằm dự đoán nhanh chóng hoạt động của các kích thích có thành phần nguyên tố khác nhau.

Cuối cùng, thông qua tối ưu hóa Bayesian, “bộ não” dự đoán hỗn hợp quặng sao Hỏa có sẵn cần thiết để sản xuất chất xúc tác OER tối ưu.

Đạt bước đột phá trong sản xuất oxy

Cho đến nay, nhà hóa học AI đã tạo ra chất xúc tác tuyệt vời bằng cách sử dụng 5 loại thiên thạch sao Hỏa trong điều kiện không có người lái. Bộ kích thích này có thể hoạt động ổn định trong hơn 550.000 giây ở mật độ dòng điện 10 mA cm^-2 Và mức áp đảo là 445,1 mV. Một thử nghiệm khác ở nhiệt độ -37°C trên sao Hỏa đã xác nhận rằng chất xúc tác có thể tạo ra oxy ổn định mà không có bất kỳ sự suy giảm rõ ràng nào.

Trong vòng hai tháng, nhà hóa học AI đã hoàn thành quy trình tối ưu hóa chất xúc tác phức tạp mà nhà hóa học con người phải mất 2.000 năm.

Nhóm đang nỗ lực biến nhà hóa học dựa trên trí tuệ nhân tạo thành một nền tảng thử nghiệm chung cho các thành phần hóa học khác nhau mà không cần sự can thiệp của con người. Người đánh giá bài báo đã lưu ý mạnh mẽ: “Loại nghiên cứu này được quan tâm rộng rãi và có sự phát triển nhanh chóng trong quá trình tổng hợp và khám phá các vật liệu hữu cơ/vô cơ”.

Jiang cho biết: “Trong tương lai, con người có thể thành lập một nhà máy sản xuất oxy trên sao Hỏa với sự trợ giúp của một nhà hóa học AI”. Chỉ cần 15 giờ bức xạ mặt trời để tạo ra đủ nồng độ oxy cần thiết cho sự sống của con người. Ông nói: “Công nghệ tiên tiến này đưa chúng ta tiến một bước gần hơn đến việc đạt được ước mơ sống trên sao Hỏa.”

Tham khảo: “Tự động tổng hợp các chất xúc tác tạo oxy từ thiên thạch sao Hỏa bởi một nhà hóa học robot AI” của Qing Chu, Yan Huang, Donglai Chu, 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 Chu, Yihan Zhang, Bai Cheng 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 và Yi Lu, ngày 13 tháng 11 năm 2023, Tổng hợp thiên nhiên.
doi: 10.1038/s44160-023-00424-1