인공 지능은 화성에서 산소 생산의 비밀을 밝힙니다

AI 화학자가 화성 운석에서 산소를 생산하는 촉매를 만드는 데 성공했습니다.

그곳으로 이주하여 거주 화성 공상 과학 소설의 주제로 자주 등장합니다. 이러한 꿈이 현실이 되기 전에 인류는 화성에서 장기적인 생존에 필요한 산소와 같은 필수 자원의 부족과 같은 주요 과제에 직면해 있습니다. 그러나 최근 화성에서 물 활동이 발견되면서 이러한 장애물을 극복할 수 있는 새로운 희망이 생겼습니다.

과학자들은 현재 산소 발생 반응(OER) 촉매의 도움으로 태양열 구동 전기화학적 물 산화를 통해 물을 분해하여 산소를 생성하는 가능성을 조사하고 있습니다. 문제는 이러한 촉매를 지구에서 운송하는 비용이 많이 드는 대신 화성에서 발견된 재료를 사용하여 현장에서 제조하는 방법을 찾는 것입니다.

인공 지능과 화성 화학의 발전

이 문제를 해결하기 위해 중국과학원(CAS) 산하 중국과기대(USTC)의 Luo Yi 교수, Jiang Jun 교수, Shang Weiwei 교수가 이끄는 팀이 최근 이를 가능하게 만들었습니다. 자동화된 화학 인공 지능(AI)을 사용하여 화성 운석에서 OER 촉매를 자동으로 수집하고 최적화합니다.

심우주 탐사 연구소(Deep Space Exploration Laboratory)와 협력한 그들의 연구는 최근 저널에 게재되었습니다. 자연의 합성.

연구팀의 선임 과학자인 Luo Yi 교수는 “AI 기반 화학자는 학제간 협력을 기반으로 화성 물질을 사용하여 OER 촉매를 혁신적으로 합성합니다.”라고 말했습니다.

각 실험 세션에서 AI 화학자는 먼저 레이저 유도 분광법(LIBS)을 눈으로 사용해 화성 광석의 원소 조성을 분석한다. 다음으로, 고체 분배 워크스테이션의 계량, 액체 분배 워크스테이션의 공급원료 용액 준비, 원심분리기 워크스테이션의 액체 분리, 건조기 워크스테이션의 고화를 포함하여 광석에 대한 일련의 전처리가 수행됩니다.

AI 로봇 화학자는 화성의 운석을 사용하여 유용한 산소 생성 촉매를 만듭니다. 출처: 중국 과학기술대학교 AI 화학자 그룹

생성된 금속 수산화물은 Nafion 접착제로 처리되어 전기화학 워크스테이션에서 OER 테스트를 위한 작동 전극을 준비합니다. 테스트 데이터는 실시간으로 AI 화학자의 계산 '두뇌'로 전송된다. 기계 학습 (ml) 처리.

AI 화학자의 '뇌'는 서로 다른 원소 비율을 갖는 30,000개의 고엔트로피 수산화물에 대한 양자 화학 및 분자 역학 시뮬레이션을 사용하고 밀도 범함수 이론을 통해 OER 촉매 활성을 계산합니다. 시뮬레이션 데이터는 다양한 원소 구성으로 자극의 활동을 신속하게 예측하기 위해 신경망 모델을 훈련하는 데 사용됩니다.

마지막으로 베이지안 최적화를 통해 “두뇌”는 최적의 OER 촉매를 제조하는 데 필요한 화성 광석의 혼합을 예측합니다.

산소 생산의 획기적인 달성

지금까지 AI 화학자는 화성 운석 5종을 무인 조건에서 활용해 우수한 촉매를 만들어냈다. 이 자극기는 전류 밀도 10mA·cm에서 550,000초 이상 안정적으로 작동할 수 있습니다.^-2 그리고 445.1mV의 압도적인 전력을 자랑합니다. 화성의 온도인 -37°C에서의 또 다른 테스트에서는 촉매가 뚜렷한 분해 없이 안정적으로 산소를 생산할 수 있음을 확인했습니다.

AI 화학자는 인간 화학자가 2000년이 걸리는 복잡한 촉매 최적화 과정을 두 달 만에 완성했다.

연구팀은 인공지능 기반 화학자를 사람의 개입 없이 다양한 화학 조성에 대한 일반 실험 플랫폼으로 전환하기 위해 노력하고 있다. 논문의 검토자는 다음과 같이 강력하게 언급했습니다. “이러한 유형의 연구는 광범위한 관심을 받고 있으며 유기/무기 재료의 합성 및 발견에 있어 급속한 발전이 필요합니다.”

장 교수는 “미래에는 인간이 AI 화학자의 도움을 받아 화성에 산소 공장을 세울 수 있을 것”이라고 말했다. 인간의 생존에 필요한 충분한 산소 농도를 생성하려면 단 15시간의 태양 복사가 필요합니다. 그는 “이 첨단 기술은 우리가 화성에서 살고 싶은 꿈을 이루는 데 한 걸음 더 다가갈 수 있게 해준다”고 말했다.

참고 자료: Qing Zhou, Yan Huang, Donglai Zhou, Luyuan Zhao, Lulu Guo, Ruyu Yang, Zexu Sun, Man Lu, Fei Zhang, Hengyu Xiao, “AI 로봇 화학자가 화성 운석에서 산소 생성 촉매의 자동 합성” 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, Yi Lu, 2023년 11월 13일, 자연의 합성.
도이: 10.1038/s44160-023-00424-1