Imigracja na Marsa i życie na nim od dawna jest przedmiotem fascynacji science fiction. Jednak brak niezbędnych zasobów, takich jak tlen, stanowił główne wyzwanie w przekształceniu tych marzeń w rzeczywistość. Niedawne odkrycie aktywności wody na Marsie dało nadzieję naukowcom, którzy obecnie badają możliwość wytwarzania tlenu w drodze rozkładu wody za pomocą elektrochemicznego utleniania wody.

Jedną z głównych przeszkód w tym procesie jest znalezienie sposobu na syntezę katalizatorów reakcji wydzielania tlenu (OER) na samym Marsie, zamiast transportu ich z Ziemi przy wysokich kosztach. Aby rozwiązać ten problem, zespół naukowców z Chińskiego Uniwersytetu Nauki i Technologii (USTC) i Chińskiej Akademii Nauk (CAS) opracował chemika AI zdolnego do syntezy i optymalizacji katalizatorów OER z marsjańskich meteorytów.

Zespół kierowany przez profesora Luo Yi, profesora Jiang Jun i profesora Shang Weiwei we współpracy z Deep Space Research Laboratory przeprowadził te pionierskie badania, których wyniki opublikowano niedawno w czasopiśmie Nature Synthesis .

Chemik AI analizuje skład pierwiastkowy marsjańskich rud za pomocą laserowej spektroskopii rozpadu (LIBS), a następnie przeprowadza różne wstępne obróbki rud. Te zabiegi wstępne obejmują ważenie rudy na stanowisku z podajnikiem substancji stałych, przygotowanie roztworów podstawowych na stanowisku z podajnikiem cieczy, oddzielanie cieczy na stanowisku wirówki i zestalanie powstałych wodorotlenków metali na stanowisku suszarki.

Wodorotlenki metali są następnie poddawane działaniu kleju nafionowego w celu wytworzenia elektrody roboczej do testowania OER na elektrochemicznym stanowisku roboczym. Dane testowe są wysyłane do obliczeniowego „mózgu” chemika AI w czasie rzeczywistym w celu przetworzenia za pomocą uczenia maszynowego.

„Mózg” chemii sztucznej inteligencji wykorzystuje symulacje chemii kwantowej i dynamiki molekularnej do oceny aktywności katalitycznej 30 000 wodorotlenków o wysokiej entropii przy różnych proporcjach pierwiastków. Dane te są następnie wykorzystywane do szkolenia modelu sieci neuronowej, który może szybko przewidzieć aktywność katalizatorów o różnym składzie pierwiastkowym.

Korzystając z optymalizacji Bayesa, mózg chemika AI może przewidzieć kombinację dostępnych marsjańskich rud potrzebnych do syntezy optymalnego katalizatora OER.

Przełom, jaki udało się dotychczas osiągnąć, jest niesamowity. Chemikowi AI udało się stworzyć doskonały katalizator, wykorzystując pięć rodzajów marsjańskich meteorytów w warunkach bezzałogowych. Katalizator ten może pracować stabilnie przez ponad 550 000 sekund przy gęstości prądu 10 mA cm-2 i nadpotencjale 445,1 mV. Dalsze testy w temperaturze -37°C, typowej dla Marsa, potwierdziły, że katalizator może w sposób ciągły wytwarzać tlen bez widocznej degradacji.

Te przełomowe badania otwierają nowe możliwości produkcji tlenu na Marsie, przybliżając nas o krok do urzeczywistnienia kolonizacji Czerwonej Planety przez ludzi.