L'intelligence artificielle révèle les secrets de la production d'oxygène sur la planète rouge

Un chimiste en IA a réussi à créer un catalyseur pour produire de l’oxygène à partir de météorites martiennes.

Migrer et y vivre Mars Ce sont souvent des thèmes de science-fiction. Avant que ces rêves ne deviennent réalité, l’humanité est confrontée à des défis majeurs, comme la rareté des ressources vitales comme l’oxygène nécessaire à la survie à long terme sur la planète rouge. Cependant, les récentes découvertes de l’activité de l’eau sur Mars ont fait naître un nouvel espoir quant à la possibilité de surmonter ces obstacles.

Les scientifiques explorent actuellement la possibilité de décomposer l’eau pour produire de l’oxygène grâce à une oxydation électrochimique de l’eau provoquée par l’énergie solaire, à l’aide de catalyseurs de réaction de dégagement d’oxygène (REL). L’enjeu est de trouver un moyen de fabriquer ces catalyseurs sur place à partir de matériaux trouvés sur Mars, plutôt que de les transporter depuis la Terre, ce qui coûte cher.

Progrès de l’intelligence artificielle et de la chimie martienne

Pour résoudre ce problème, une équipe dirigée par le professeur Luo Yi, le professeur Jiang Jun et le professeur Shang Weiwei de l'Université des sciences et technologies de Chine (USTC) de l'Académie chinoise des sciences (CAS) a récemment réussi à rendre cela possible. Collecter et optimiser automatiquement les catalyseurs REL des météorites martiennes à l’aide de l’intelligence artificielle chimique (IA) automatisée.

Leurs recherches, en collaboration avec le Deep Space Exploration Laboratory, ont été récemment publiées dans la revue Synthèse de la nature.

« Le chimiste basé sur l'IA synthétise de manière innovante le catalyseur REL en utilisant des matériaux martiens sur la base d'une collaboration interdisciplinaire », a déclaré le professeur Luo Yi, scientifique principal de l'équipe.

Lors de chaque session expérimentale, le chimiste en IA analyse d'abord la composition élémentaire des minerais martiens en utilisant la spectroscopie induite par laser (LIBS) comme yeux. Ensuite, une série de prétraitements sont effectués sur les minerais, notamment le pesage dans le poste de distribution de solides, la préparation de solutions de base dans le poste de distribution de liquides, la séparation des liquides dans le poste de travail par centrifugation et la solidification dans le poste de séchage.

Un robot chimiste IA crée des catalyseurs générateurs d'oxygène utiles à l'aide de météorites martiennes. Crédit : AI-Chemist Group de l’Université des sciences et technologies de Chine

Les hydroxydes métalliques résultants sont traités avec un adhésif Nafion pour préparer l'électrode de travail aux tests REL dans le poste de travail électrochimique. Les données de test sont envoyées au « cerveau » informatique du chimiste IA en temps réel Apprentissage automatique (ml) Traitement.

Le « cerveau » du chimiste en IA utilise des simulations de chimie quantique et de dynamique moléculaire de 30 000 hydroxydes à haute entropie avec différents rapports élémentaires et calcule leurs activités catalytiques REL via la théorie fonctionnelle de la densité. Les données de simulation sont utilisées pour entraîner un modèle de réseau neuronal afin de prédire rapidement les activités de stimuli avec différentes compositions élémentaires.

Enfin, grâce à l’optimisation bayésienne, le « cerveau » prédit le mélange de minerais martiens disponibles nécessaire pour fabriquer le catalyseur REL optimal.

Réaliser une percée dans la production d’oxygène

Jusqu'à présent, le chimiste en IA a créé un excellent catalyseur en utilisant cinq types de météorites martiennes dans des conditions sans pilote. Ce stimulateur peut fonctionner de manière stable pendant plus de 550 000 secondes à une densité de courant de 10 mA cm^-2 Et une surpuissance de 445,1 mV. Un autre test à -37°C, la température sur Mars, a confirmé que le catalyseur pouvait produire de l'oxygène de manière stable sans aucune dégradation évidente.

En deux mois, le chimiste en IA a achevé un processus complexe d’optimisation du catalyseur qui prendrait 2 000 ans à un chimiste humain.

L’équipe travaille à transformer le chimiste basé sur l’intelligence artificielle en une plateforme d’expérimentation générale pour diverses compositions chimiques sans intervention humaine. Le critique de l’article a souligné : « Ce type de recherche présente un intérêt généralisé et est sujet à un développement rapide dans la synthèse et la découverte de matériaux organiques/inorganiques. »

« Dans le futur, les humains pourraient installer une usine d'oxygène sur Mars avec l'aide d'un chimiste spécialisé dans l'IA », a déclaré Jiang. Seulement 15 heures de rayonnement solaire sont nécessaires pour produire la concentration d’oxygène suffisante pour la survie humaine. Il a déclaré : « Cette technologie avancée nous rapproche encore plus de la réalisation de notre rêve de vivre sur Mars. »

Référence : « Synthèse automatisée de catalyseurs producteurs d'oxygène à partir de météorites martiennes par un chimiste robotique IA » par 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 et Yi Lu, 13 novembre 2023, Synthèse de la nature.
est ce que je: 10.1038/s44160-023-00424-1