Avanços recentes na síntese de oxigênio em Marte usando um químico robótico de IA para criar catalisadores OER a partir de meteoritos marcianos marcam um passo significativo para a realização do sonho da colonização de Marte. Esta tecnologia promete estabelecer uma fábrica de oxigênio em Marte, aproximando a habitação humana no planeta da realidade. Crédito: AI-Chemist Group da Universidade de Ciência e Tecnologia da China
Um químico de IA criou com sucesso um catalisador para a produção de oxigênio a partir de meteoritos marcianos.
Imigração e residência Marte têm sido frequentemente temas de ficção científica. Antes que estes sonhos se tornem realidade, a humanidade enfrenta desafios significativos, como a escassez de recursos vitais como o oxigénio necessário para a sobrevivência a longo prazo no Planeta Vermelho. No entanto, as recentes descobertas da 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 impulsionada pela energia solar com a ajuda de catalisadores de reação de evolução de oxigênio (OER). O desafio é encontrar uma forma de sintetizar esses catalisadores in situ utilizando materiais de Marte, em vez de transportá-los da Terra, o que é de alto custo.
Avanços na IA e na química marciana
Para resolver este problema, uma equipe liderada pelo Prof. Luo Yi, Prof. Jiang Jun e Prof. Shang Weiwei da Universidade de Ciência e Tecnologia da China (USTC) da Academia Chinesa de Ciências (CAS), recentemente tornou possível para sintetizar e otimizar catalisadores REA automaticamente a partir de meteoritos marcianos com seu químico robótico de inteligência artificial (IA).
A pesquisa deles, em colaboração com o Deep Space Exploration Laboratory, foi publicada recentemente na revista Síntese da Natureza.
“O químico de IA sintetiza de forma inovadora o catalisador REA usando material marciano com base na cooperação interdisciplinar”, disse o Prof. Luo Yi, principal cientista da equipe.
Em cada ciclo experimental, o químico de IA analisa primeiro a composição elementar dos minérios marcianos usando a espectroscopia de degradação induzida por laser (LIBS) como olhos. Em seguida, realiza uma série de pré-tratamentos nos minérios, incluindo pesagem na estação de trabalho de distribuição de sólidos, preparação de soluções de matéria-prima na estação de trabalho de distribuição de líquidos, separação do líquido na estação de trabalho de centrifugação e solidificação na estação de trabalho de secagem.
Um químico AI robótico cria catalisadores úteis de geração de oxigênio com meteoritos marcianos. Crédito: 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 de teste são enviados ao “cérebro” computacional do químico de IA em tempo real para aprendizado de máquina (ML) processamento.
O ‘cérebro’ do químico de IA emprega simulações de química quântica e dinâmica molecular para 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 dos catalisadores com diferentes composições elementares.
Finalmente, através da otimização Bayesiana, o ‘cérebro’ prevê a combinação de minérios marcianos disponíveis necessários para sintetizar 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 catalisador pode operar continuamente por mais de 550.000 segundos a uma densidade de corrente de 10 mA cm-2 e um sobrepotencial de 445,1 mV. Um teste adicional a -37 °C, a temperatura em Marte, confirmou que o catalisador pode produzir oxigênio de forma constante, sem qualquer degradação aparente.
Em dois meses, o químico de IA concluiu a complexa otimização de catalisadores que levaria 2.000 anos para um químico humano.
A equipe está trabalhando para transformar o químico de IA em uma plataforma experimental geral para várias sínteses químicas sem intervenção humana. O revisor do artigo observou fortemente: “Este tipo de pesquisa é de amplo interesse e está em rápido desenvolvimento na síntese e descoberta de materiais orgânicos/inorgânicos”.
“No futuro, os humanos poderão estabelecer uma fábrica de oxigênio em Marte com a ajuda de um químico de IA”, disse Jiang. Apenas 15 horas de irradiação solar são necessárias para produzir a concentração de oxigênio suficiente para a sobrevivência humana. “Esta tecnologia inovadora nos aproxima um passo da realização do nosso sonho de viver em Marte”, disse ele.
Referência: “Síntese automatizada de catalisadores produtores de oxigênio a partir de meteoritos marcianos por um químico robótico de IA” por Qing Zhu, Yan Huang, Donglai Zhou, Luyuan Zhao, Lulu Guo, Ruyu Yang, Zixu Sun, Man Luo, Fei Zhang, Hengyu Xiao, Xinsheng Tang, Xuchun Zhang, Tao Song, Xiang Li, Baochen Chong, Junyi Zhou, Yihan Zhang, Baicheng Zhang, Jiaqi Cao, Guozhen Zhang, Song Wang, Guilin Ye, Wanjun Zhang, Haitao Zhao, Shuang Cong, Huirong Li, Li- Li Ling, Zhe Zhang, Weiwei Shang, Jun Jiang e Yi Luo, 13 de novembro de 2023, Síntese da Natureza.
DOI: 10.1038/s44160-023-00424-1
