Einem von künstlicher Intelligenz gespielten Chemiker ist es gelungen, einen Katalysator zu entwickeln, der aus Marsmeteoriten Sauerstoff erzeugen kann. Die Kolonisierung und das Leben auf dem Mars sind oft Gegenstand von Science-Fiction. Bevor diese Träume Wirklichkeit werden können, steht die Menschheit vor großen Herausforderungen, beispielsweise der Knappheit lebenswichtiger Ressourcen wie Sauerstoff, die für das langfristige Überleben auf dem Roten Planeten erforderlich sind. Die jüngste Entdeckung der Wasseraktivität auf dem Mars bietet jedoch neue Hoffnung für die Überwindung dieser Hindernisse.
Wissenschaftler erforschen derzeit die Möglichkeit der Spaltung von Wasser zur Erzeugung von Sauerstoff durch solarbetriebene elektrochemische Wasseroxidation mithilfe von Katalysatoren für die Sauerstoffentwicklungsreaktion (OER). Die Herausforderung besteht nun darin, einen Weg zu finden, diese Katalysatoren vor Ort unter Verwendung von Materialien auf dem Mars zu synthetisieren, anstatt sie von der Erde zu transportieren, wo der Transport teuer wäre.
Fortschritte in der künstlichen Intelligenz und der Marschemie
Um dieses Problem zu lösen, nutzte ein Team unter der Leitung der Professoren Luo Yi, Professor Jiang Jun und Professor Shang Weiwei von der Universität für Wissenschaft und Technologie Chinas (USTC) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften kürzlich ihren Roboter-Chemiker mit künstlicher Intelligenz (KI), um OER-Katalysatoren aus Marsmeteoriten automatisch zu synthetisieren und zu optimieren.
Ihre in Zusammenarbeit mit dem Deep Space Exploration Laboratory durchgeführte Forschung wurde kürzlich in der Zeitschrift Nature Synthesis veröffentlicht. Professor Luo Yi, der leitende Wissenschaftler des Teams, sagte: „Auf der Grundlage interdisziplinärer Zusammenarbeit haben Chemiker für künstliche Intelligenz auf innovative Weise OER-Katalysatoren unter Verwendung von Marsmaterialien synthetisiert.“
In jedem Versuchszyklus verwenden Chemiker für künstliche Intelligenz zunächst die laserinduzierte Abbauspektroskopie (LIBS) als „Auge“, um die Elementzusammensetzung von Marserzen zu analysieren. Anschließend wird das Erz einer Reihe von Vorbehandlungen unterzogen, darunter das Wiegen in der Feststoffverteilungsstation, die Vorbereitung von Rohstofflösungen in der Flüssigkeitsverteilungsstation, die Trennung von der Flüssigkeit in der Zentrifugaltrennungsstation und die Verfestigung in der Trocknerarbeitsstation.
Das resultierende Metallhydroxid wurde mit DuPont Nafion-Binder behandelt, um die Arbeitselektrode für den OER-Test am elektrochemischen Arbeitsplatz vorzubereiten. Die Testdaten werden in Echtzeit an das rechnerische „Gehirn“ des KI-Chemikers zur Verarbeitung durch maschinelles Lernen (ML) gesendet.
Das „Gehirn“ des Chemikers für künstliche Intelligenz simulierte mithilfe von Quantenchemie und Molekulardynamik 30.000 hochentropische Hydroxide mit unterschiedlichen Elementverhältnissen und berechnete deren katalytische OER-Aktivität mithilfe der Dichtefunktionaltheorie. Mithilfe simulierter Daten werden neuronale Netzwerkmodelle trainiert, um die Katalysatoraktivität für verschiedene Elementzusammensetzungen schnell vorherzusagen.
Schließlich sagt das „Gehirn“ durch Bayes’sche Optimierung die Kombination verfügbarer Marserze voraus, die zur Synthese des optimalen OER-Katalysators erforderlich ist.
Ein Durchbruch in der Sauerstoffproduktion
Bisher haben Chemiker für künstliche Intelligenz mithilfe von fünf Marsmeteoriten unter unbeaufsichtigten Bedingungen einen hervorragenden Katalysator geschaffen. Bei einer Stromdichte von 10 mA cm-2 und einer Überspannung von 445,1 mV kann dieser Katalysator mehr als 550.000 Sekunden lang stabil arbeiten. Weitere Tests bei Marstemperaturen von minus 37 °C bestätigten, dass der Katalysator ohne nennenswerte Verschlechterung stabil Sauerstoff produzieren konnte.
In zwei Monaten haben KI-Chemiker komplexe Arbeiten zur Katalysatoroptimierung abgeschlossen, für deren Fertigstellung menschliche Chemiker 2.000 Jahre gebraucht hätten.
Das Team arbeitet daran, den KI-Chemiker in eine universelle experimentelle Plattform zu verwandeln, die eine Vielzahl chemischer Synthesen ohne menschliches Eingreifen durchführen kann. Die Gutachter des Papiers lobten es: „Diese Art von Forschung hat weitreichende Bedeutung und befindet sich auf dem Gebiet der Synthese und Entdeckung organischer/anorganischer Materialien in einem raschen Entwicklungsstadium.“
„In Zukunft können Menschen mit Hilfe von Chemikern mit künstlicher Intelligenz eine Sauerstofffabrik auf dem Mars bauen“, sagte Jiang. Es braucht nur 15 Stunden Sonnenlicht, um eine für das Überleben des Menschen ausreichende Sauerstoffkonzentration zu erzeugen. „Diese bahnbrechende Technologie bringt uns der Verwirklichung unseres Traums, auf dem Mars zu leben, einen Schritt näher“, sagte er.
Zusammengestellte Quelle: ScitechDaily