Kecerdasan buatan mengungkap rahasia produksi oksigen di Planet Merah

Seorang ahli kimia AI berhasil menciptakan katalis untuk menghasilkan oksigen dari meteorit Mars.

Bermigrasi ke dan tinggal di sana Mars Mereka sering menjadi tema dalam fiksi ilmiah. Sebelum mimpi-mimpi ini menjadi kenyataan, umat manusia menghadapi tantangan besar, seperti kelangkaan sumber daya penting seperti oksigen yang dibutuhkan untuk kelangsungan hidup jangka panjang di Planet Merah. Namun, penemuan aktivitas air di Mars baru-baru ini telah memunculkan harapan baru untuk mengatasi hambatan tersebut.

Para ilmuwan kini menjajaki kemungkinan penguraian air untuk menghasilkan oksigen melalui oksidasi air elektrokimia yang digerakkan oleh matahari dengan bantuan katalis reaksi evolusi oksigen (OER). Tantangannya adalah menemukan cara untuk memproduksi katalis ini di lokasi dengan menggunakan bahan yang ditemukan di Mars, daripada mengangkutnya dari Bumi, yang biayanya mahal.

Kemajuan dalam kecerdasan buatan dan kimia Mars

Untuk mengatasi masalah ini, tim yang dipimpin oleh Profesor Luo Yi, Profesor Jiang Jun, dan Profesor Shang Wei dari Universitas Sains dan Teknologi Tiongkok (USTC) dari Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok (CAS) baru-baru ini berhasil mewujudkan hal tersebut. Untuk secara otomatis mengumpulkan dan mengoptimalkan katalis OER dari meteorit Mars menggunakan kecerdasan buatan kimia (AI) otomatis.

Penelitian mereka, bekerja sama dengan Deep Space Exploration Laboratory, baru-baru ini dipublikasikan di jurnal Sintesis alam.

“Ahli kimia berbasis AI secara inovatif mensintesis katalis OER menggunakan bahan-bahan Mars berdasarkan kolaborasi interdisipliner,” kata Profesor Luo Yi, ilmuwan senior di tim tersebut.

Dalam setiap sesi eksperimen, ahli kimia AI terlebih dahulu menganalisis komposisi unsur bijih Mars menggunakan spektroskopi terinduksi laser (LIBS) sebagai matanya. Selanjutnya dilakukan serangkaian perlakuan awal terhadap bijih, antara lain penimbangan di stasiun kerja distribusi padatan, penyiapan larutan bahan baku di stasiun kerja penyalur cairan, pemisahan cairan di stasiun kerja centrifuge, dan pemadatan di stasiun kerja pengering.

Seorang ahli kimia robotik AI menciptakan katalis penghasil oksigen yang berguna menggunakan meteorit Mars. Kredit: AI-Chemist Group di Universitas Sains dan Teknologi Tiongkok

Hidroksida logam yang dihasilkan diolah dengan perekat Nafion untuk menyiapkan elektroda kerja untuk pengujian OER di stasiun kerja elektrokimia. Data pengujian dikirim ke “otak” komputasi ahli kimia AI secara real time Pembelajaran mesin (ml) Pengolahan.

“Otak” ahli kimia AI menggunakan simulasi kimia kuantum dan dinamika molekuler dari 30.000 hidroksida entropi tinggi dengan rasio unsur berbeda dan menghitung aktivitas katalitik OER melalui teori fungsional kerapatan. Data simulasi digunakan untuk melatih model jaringan saraf agar dapat dengan cepat memprediksi aktivitas rangsangan dengan komposisi unsur berbeda.

Terakhir, melalui optimasi Bayesian, “otak” memprediksi campuran bijih Mars yang tersedia yang diperlukan untuk memproduksi katalis OER yang optimal.

Mencapai terobosan dalam produksi oksigen

Sejauh ini, ahli kimia AI telah menciptakan katalis yang sangat baik menggunakan lima jenis meteorit Mars dalam kondisi tak berawak. Stimulator ini dapat beroperasi secara stabil selama lebih dari 550.000 detik pada rapat arus 10 mA·cm^-2 Dan overpower sebesar 445,1 mV. Pengujian lain pada suhu -37°C, suhu di Mars, memastikan bahwa katalis dapat menghasilkan oksigen secara stabil tanpa degradasi yang nyata.

Dalam waktu dua bulan, ahli kimia AI menyelesaikan proses optimasi katalis kompleks yang membutuhkan waktu 2.000 tahun bagi ahli kimia manusia.

Tim ini berupaya mengubah ahli kimia berbasis kecerdasan buatan menjadi platform eksperimen umum untuk berbagai komposisi kimia tanpa campur tangan manusia. Peninjau makalah ini dengan tegas menyatakan: “Jenis penelitian ini memiliki minat yang luas dan mengalami perkembangan pesat dalam sintesis dan penemuan bahan organik/anorganik.”

“Di masa depan, manusia dapat mendirikan pabrik oksigen di Mars dengan bantuan ahli kimia AI,” kata Jiang. Hanya dibutuhkan radiasi matahari selama 15 jam untuk menghasilkan konsentrasi oksigen yang cukup untuk kelangsungan hidup manusia. Dia berkata: “Teknologi canggih ini membawa kita selangkah lebih dekat untuk mencapai impian kita untuk hidup di Mars.”

Referensi: “Sintesis otomatis katalis penghasil oksigen dari meteorit Mars oleh ahli kimia robotik AI” oleh 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 Zhu, 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, dan Yi Lu, 13 November 2023, Sintesis alam.
doi: 10.1038/s44160-023-00424-1