الذكاء الاصطناعي يكشف أسرار إنتاج الأكسجين على الكوكب الأحمر

نجح كيميائي يعمل بالذكاء الاصطناعي في تطوير محفز لإنتاج الأكسجين من النيازك المريخية.

الهجرة والمعيشة يوم الثلاثاء غالبًا ما كانت موضوعية في الخيال العلمي. وقبل أن تتحقق هذه الأحلام، تواجه البشرية تحديات كبيرة، مثل ندرة الموارد الحيوية مثل الأكسجين الضروري للبقاء على المدى الطويل على الكوكب الأحمر. ومع ذلك، فإن الاكتشافات الأخيرة للنشاط المائي على المريخ عززت الآمال الجديدة في التغلب على هذه العقبات.

يستكشف العلماء الآن إمكانية تحلل الماء لإنتاج الأكسجين من خلال أكسدة الماء الكهروكيميائية التي تعمل بالطاقة الشمسية بمساعدة محفزات تفاعل تطور الأكسجين (OER). ويكمن التحدي في إيجاد طريقة لتصنيع هذه المحفزات في الموقع باستخدام مواد من المريخ بدلاً من نقلها من الأرض، وهو أمر أكثر تكلفة.

التقدم في الذكاء الاصطناعي وكيمياء المريخ

ولمعالجة هذه المشكلة، تمكن فريق بقيادة البروفيسور لوه يي، والبروفيسور جيانغ جون، والبروفيسور شانغ ويوي من الجامعة الصينية للعلوم والتكنولوجيا التابعة للأكاديمية الصينية للعلوم (CAS) مؤخرًا من تحقيق ذلك. التوليف الآلي وتحسين محفزات الموارد التعليمية المفتوحة من النيازك المريخية من خلال الذكاء الاصطناعي الآلي (AI) – الكيمياء.

وقد نُشرت أبحاثهم بالتعاون مع مختبر استكشاف الفضاء السحيق مؤخرًا في المجلة مجموعة الطبيعة.

وقال البروفيسور لوه يي، العالم الرئيسي في الفريق: “يقوم كيميائي الذكاء الاصطناعي بتجميع محفز الموارد التعليمية المفتوحة بطريقة جديدة تستخدم المواد المريخية على أساس تعاون متعدد التخصصات”.

في كل دورة اختبار، يقوم الكيميائي القائم على الذكاء الاصطناعي أولاً بتحليل التركيب العنصري للمعادن المريخية باستخدام التحليل الطيفي الناجم عن الليزر (LIBS) كعينيه. بعد ذلك، تقوم بإجراء سلسلة من المعالجات المسبقة على الخامات، بما في ذلك الوزن في محطة عمل توزيع المواد الصلبة، وإعداد محاليل التغذية في محطة عمل توزيع السوائل، والفصل عن السائل في محطة عمل الطرد المركزي، والتصلب في محطة عمل المجفف.

يقوم الكيميائي الآلي بالذكاء الاصطناعي بإنشاء محفزات مفيدة لتوليد الأكسجين باستخدام النيازك المريخية. الائتمان: مجموعة AI-Chemist في جامعة العلوم والتكنولوجيا في الصين

تتم معالجة هيدروكسيدات المعدن الناتجة براتنج Nafion لإعداد قطب كهربائي عامل لاختبار الموارد التعليمية المفتوحة في محطة عمل كهروكيميائية. يتم إرسال بيانات الاختبار في الوقت الفعلي إلى “العقل” الحسابي لكيميائي الذكاء الاصطناعي. التعلم الالي (مل) المعالجة.

يطبق “دماغ” AI Chemist عمليات محاكاة الديناميكيات الكيميائية والجزيئية الكمومية على 30000 هيدروكسيد عالي الإنتروبيا بنسب عنصرية مختلفة ويحسب أنشطتها التحفيزية للموارد التعليمية المفتوحة عبر نظرية الكثافة الوظيفية. تُستخدم بيانات المحاكاة لتدريب نموذج الشبكة العصبية على التنبؤ بسرعة بأنشطة المحفزات ذات التركيبات الأساسية المختلفة.

وأخيرًا، من خلال التحسين النظرية الافتراضية، يتنبأ “الدماغ” بتركيبة المعادن المريخية اللازمة لتصنيع المحفز الأمثل للموارد التعليمية المفتوحة.

تحقيق طفرة في إنتاج الأكسجين

حتى الآن، استخدم الكيميائي القائم على الذكاء الاصطناعي خمسة أنواع مختلفة من النيازك المريخية لإنشاء محفز مثالي في ظل ظروف غير مأهولة. يمكن لهذا المحفز أن يعمل بشكل مستمر لأكثر من 550.000 ثانية بكثافة تيار تبلغ 10 مللي أمبير سم.^-2 و 445.1 فولت. وأكد اختبار آخر عند درجة حرارة المريخ البالغة -37 درجة مئوية أن المحفز سينتج الأكسجين بشكل ثابت دون تدهور واضح.

في أقل من شهرين، أكمل كيميائي يعمل بالذكاء الاصطناعي عملية تحسين معقدة للعوامل الحفازة، الأمر الذي قد يستغرق كيميائيًا بشريًا 2000 عام.

ويعمل الفريق على جعل كيمياء الذكاء الاصطناعي منصة تجريبية عامة لمختلف التركيبات الكيميائية دون تدخل بشري. وأشار مراجع الورقة إلى أن “هذا النوع من الأبحاث يحظى باهتمام واسع النطاق ويتطور بسرعة في تركيب واكتشاف المواد العضوية/غير العضوية”.

وقال جيانغ: “في المستقبل، سيتمكن البشر من إنشاء مصنع للأكسجين على المريخ بمساعدة كيميائي يعمل بالذكاء الاصطناعي”. ويلزم 15 ساعة فقط من الإشعاع الشمسي لإنتاج تركيز الأكسجين اللازم لبقاء الإنسان على قيد الحياة. وقال “إن هذه التكنولوجيا المتقدمة تقربنا خطوة أخرى من تحقيق حلمنا بالعيش على المريخ”.

المرجع: Qing Zhu، Yan Huang، Donglai Zhou، Luan Zhao، Lulu Guo، Rui Yang، Jixu Sun، Man Luo، Fei Zhang، Hengyu Xiao، التوليف الآلي للمحفزات لإنتاج الأكسجين من النيازك المريخية بواسطة الكيميائي الآلي للذكاء الاصطناعي Xinsheng Tang، Xuchun تشانغ، تاو سونغ، شيانغ لي، باوشين تشونغ، جوني تشو، ييهان تشانغ، بايتشنغ تشانغ، جياكي كاو، غوزين تشانغ، سونغ وانغ، قويلين يي، وانجون تشانغ، هايتاو تشاو، شوانغ كونغ، هوير لي لينغ، تشي تشانغ، ويوي شانغ، وجون جيانغ، ويي لو، 13 نوفمبر 2023، مجموعة الطبيعة.
دوى: 10.1038/s44160-023-00424-1