Inteligência artificial revela os segredos da produção de oxigênio no Planeta Vermelho

Um químico de IA criou com sucesso um catalisador para produzir oxigênio a partir de meteoritos marcianos.

Migrar e morar lá Marte Freqüentemente, são temas de ficção científica. Antes que estes sonhos se tornem realidade, a humanidade enfrenta grandes desafios, como a escassez de recursos vitais, como o oxigénio necessário para a sobrevivência a longo prazo no Planeta Vermelho. No entanto, as recentes descobertas de actividade aquática em Marte suscitaram novas esperanças de ultrapassar estes obstáculos.

Os cientistas estão agora explorando a possibilidade de decompor a água para produzir oxigênio através da oxidação eletroquímica da água movida pela energia solar com a ajuda de catalisadores de reação de evolução de oxigênio (OER). O desafio é encontrar uma forma de fabricar estes catalisadores no local, utilizando materiais encontrados em Marte, em vez de transportá-los da Terra, o que é caro.

Avanços na inteligência artificial e na química marciana

Para resolver este problema, uma equipe liderada pelo Professor Luo Yi, pelo Professor Jiang Jun e pelo Professor Shang Weiwei da Universidade de Ciência e Tecnologia da China (USTC) da Academia Chinesa de Ciências (CAS), conseguiu recentemente tornar isso possível. Coletar e otimizar automaticamente catalisadores REA de meteoritos marcianos usando inteligência artificial química (IA) automatizada.

A sua investigação, em colaboração com o Laboratório de Exploração do Espaço Profundo, foi publicada recentemente na revista Síntese da natureza.

“O químico baseado em IA sintetiza de forma inovadora o catalisador REA usando materiais marcianos com base na colaboração interdisciplinar”, disse o professor Luo Yi, cientista sênior da equipe.

Em cada sessão experimental, o químico de IA analisa primeiro a composição elementar dos minérios marcianos usando espectroscopia induzida por laser (LIBS) como olhos. Em seguida, uma série de pré-tratamentos são realizados nos minérios, incluindo pesagem na estação de trabalho de distribuição de sólidos, preparação de soluções de matéria-prima na estação de distribuição de líquidos, separação de líquidos na estação de trabalho da centrífuga e solidificação na estação de trabalho do secador.

Um químico robótico de IA cria catalisadores úteis para geração de oxigênio usando meteoritos marcianos. Fonte: AI-Chemist Group da Universidade de Ciência e Tecnologia da China

Os hidróxidos metálicos resultantes são tratados com adesivo Nafion para preparar o eletrodo de trabalho para testes REA na estação de trabalho eletroquímica. Os dados do teste são enviados ao “cérebro” computacional do químico de IA em tempo real Aprendizado de máquina (ml) Processamento.

O “cérebro” do químico de IA usa simulações de química quântica e dinâmica molecular de 30.000 hidróxidos de alta entropia com diferentes proporções elementares e calcula suas atividades catalíticas de REA por meio da teoria do funcional de densidade. Os dados de simulação são usados ​​para treinar um modelo de rede neural para prever rapidamente as atividades de estímulos com diferentes composições elementares.

Finalmente, através da otimização Bayesiana, o “cérebro” prevê a mistura de minérios marcianos disponíveis necessários para fabricar o catalisador REA ideal.

Alcançando um avanço na produção de oxigênio

Até agora, o químico da IA ​​​​criou um excelente catalisador usando cinco tipos de meteoritos marcianos em condições não tripuladas. Este estimulador pode operar de forma estável por mais de 550.000 segundos a uma densidade de corrente de 10 mA cm^-2 E uma potência de 445,1 mV. Outro teste a -37°C, a temperatura em Marte, confirmou que o catalisador poderia produzir oxigênio de forma estável, sem qualquer degradação óbvia.

Em dois meses, o químico de IA concluiu um complexo processo de otimização de catalisador que levaria 2.000 anos para um químico humano.

A equipe está trabalhando para transformar o químico baseado em inteligência artificial em uma plataforma geral de experimentação para diversas composições químicas sem intervenção humana. O revisor do artigo observou fortemente: “Este tipo de pesquisa é de amplo interesse e está sujeito a um rápido desenvolvimento na síntese e descoberta de materiais orgânicos/inorgânicos”.

“No futuro, os humanos poderão montar uma fábrica de oxigênio em Marte com a ajuda de um químico de IA”, disse Jiang. Apenas 15 horas de radiação solar são necessárias para produzir a concentração de oxigênio suficiente para a sobrevivência humana. Ele disse: “Esta tecnologia avançada nos aproxima um passo da realização do nosso sonho de viver em Marte”.

Referência: “Síntese automatizada de catalisadores produtores de oxigênio a partir de meteoritos marcianos por um químico robótico de IA” por 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 Zhou, 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 de novembro de 2023, Síntese da natureza.
doi: 10.1038/s44160-023-00424-1