Искусственный интеллект научили производить кислород в условиях Марса
Китайские ученые заставили искусственный интеллект разрабатывать катализаторы для производства кислорода из воды в условиях Марса. Система готова использовать для их синтеза марсианские руды без участия человека, говорится в исследовании, опубликованном в журнале Nature Synthesis.
В течение десятилетий Марс был важной целью интенсивных научных исследований, и лишь в последние годы вопросы будущих экспедиций на Марс и возможной колонизации этой планеты стали активно переходить в практическую плоскость. Главной технической проблемой жизнедеятельности человека на Марсе является вопрос производства кислорода, поскольку и ракетные системы, необходимые для освоения планеты, и системы жизнедеятельности должны потреблять большие объемы этого элемента, который невозможно получать из марсианской атмосферы.
Однако недавно полученные свидетельства наличия на Марсе больших объемов воды открывают перспективы выделения из нее кислорода с использованием энергии Солнца и катализаторов, полученных из марсианских минералов. Получение таких катализаторов на месте становится важной прикладной задачей, поскольку доставка их с Земли связана с огромными затратами.
«Для синтезирования катализаторов для реакций выделения кислорода с использованием местного марсианского сырья надо преодолеть две важных технических вопроса. Во-первых, синтезирующая система должна быть неуправляемой и самонаправляемой, поскольку большое расстояние до Марса препятствует удаленному контролю со стороны людей. Во-вторых, она должна иметь научный интеллект , необходимый для наилучшего определения формулы составляющих катализатора с использованием алгоритмов искусственного интеллекта, учитывая знания об элементном составе марсианских руд», — считают ученые из Научно-технического университета Китая под руководством Ло И.
По их подсчетам, на основе пяти разных типов марсианских руд теоретически можно выделить 3764376 формул катализаторов, и, исходя из 5 часов, необходимых на один эксперимент, для определения оптимальной формулы потребовалось бы 2000 лет человеческих трудозатрат.
В ходе своего исследования команда ученых создала и продемонстрировала работу роботизированной лаборатории, способной самостоятельно синтезировать и оптимизировать нужные катализаторы из марсианской руды.
При каждом цикле эксперимента робот анализирует состав руды с помощью метода лазерно-искровой эмиссионной спектрометрии и синтезирует катализаторы, используя алгоритмы искусственного интеллекта, моделирование свойств 30 тыс. гидроксидов с применением методов квантовой химии и молекулярной динамики. Данные моделирования используются для «тренировки» нейросетей, которые быстро предсказывают свойства тех или иных катализаторов с учетом их элементного состава.
В итоге, используя так называемую байесовскую оптимизацию, система сама предлагает нужную комбинацию марсианских руд, необходимых для производства наиболее эффективных катализаторов. В качестве проверки система смогла произвести превосходный по химическим качествам катализатор, используя вещество пяти метеоритов марсианского происхождения. Этот катализатор оказался способен работать в течение 550 тыс. секунд и при марсианской температуре -37 градусов стабильно производить кислород из воды без видимой деградации.
«В будущем люди смогут установить кислородную фабрику на Марсе, использующую искуcственный интеллект. Эта прорывная технология делает нас на один шаг ближе с достижению нашей мечты о жизни на Марсе», — пояснил соавтор работы, профессор Цзян Цзюнь.