QuÃmica por IA sintetiza oxÃgeno a partir de meteoritos marcianos
Un estudio publicado en 'Nature Synthesis' presenta cómo un robot quÃmico con Inteligencia Artificial sintetiza un catalizador para la producción de oxÃgeno a partir de meteoritos marcianos.
Para facilitar la futura colonización de Marte, los cientÃficos exploran la posibilidad de descomponer el agua para producir oxÃgeno mediante la con ayuda de catalizadores OER. El reto consiste en encontrar la manera de sintetizar estos catalizadores in situ utilizando materiales del Planeta Rojo, en lugar de transportarlos desde la Tierra, lo que supone un elevado coste.
Para abordar este problema, un equipo dirigido por los profesores LUO Yi, JIANG Jun y SHANG Weiwei, de la Universidad de Ciencia y TecnologÃa de China (USTC) de la Academia China de Ciencias (CAS), ha conseguido recientemente sintetizar y optimizar automáticamente catalizadores OER a partir de meteoritos marcianos con su robot quÃmico dotado de inteligencia artificial (IA).
"El quÃmico de IA sintetiza de forma innovadora catalizadores OER a partir de material marciano gracias a la cooperación interdisciplinaria", apunta el profesor LUO Yi, cientÃfico principal del equipo.
En cada ciclo experimental, el quÃmico de AI analiza primero la composición elemental de los minerales marcianos utilizando la espectroscopia de descomposición inducida por láser (LIBS) como sus ojos.
A continuación, lleva a cabo una serie de pretratamientos de los minerales, que incluyen el pesaje en la estación de trabajo de dispensación de sólidos, la preparación de soluciones de materia prima en la estación de trabajo de dispensación de lÃquidos, la separación del lÃquido en la estación de trabajo de centrifugación y la solidificación en la estación de trabajo de secado.
Los hidróxidos metálicos resultantes se tratan con adhesivo Nafion para preparar el electrodo de trabajo para las pruebas OER en la estación de trabajo electroquÃmica. Los datos de las pruebas se envÃan al "cerebro" computacional del quÃmico de IA en tiempo real para el procesamiento de aprendizaje automático (ML).
El "cerebro" del quÃmico de IA emplea simulaciones de quÃmica cuántica y dinámica molecular para 30.000 hidróxidos de alta entropÃa con diferentes proporciones elementales y calcula sus actividades catalÃticas OER mediante la teorÃa funcional de la densidad. Los datos de la simulación se utilizan para entrenar un modelo de red neuronal para predecir rápidamente las actividades de los catalizadores con diferentes composiciones elementales.
Por último, mediante optimización bayesiana, el "cerebro" predice la combinación de minerales marcianos disponibles necesaria para sintetizar el catalizador OER óptimo.
Hasta ahora, el quÃmico de la IA ha creado un catalizador excelente utilizando cinco tipos de meteoritos marcianos en condiciones no tripuladas. Este catalizador puede funcionar de forma constante durante más de 550.000 segundos a una densidad de corriente de 10 mA cm-2 y un sobrepotencial de 445,1 mV. Una prueba adicional a -37 °C, la temperatura de Marte, confirmó que el catalizador puede producir oxÃgeno de forma constante sin ninguna degradación aparente.
En dos meses, el quÃmico de la IA ha completado la compleja optimización de catalizadores que a un quÃmico humano le llevarÃa 2000 años.
El equipo está trabajando para convertir la IA quÃmica en una plataforma de experimentación general para diversas sÃntesis quÃmicas sin intervención humana. El revisor del artÃculo indica que "este tipo de investigación es de gran interés y se está desarrollando rápidamente en la sÃntesis y el descubrimiento de materiales orgánicos/inorgánicos".
"En el futuro, los humanos podrán establecer una fábrica de oxÃgeno en Marte con la ayuda de la IA quÃmica", afirma JIANG. Sólo se necesitan 15 horas de irradiación solar para producir la concentración de oxÃgeno suficiente para la supervivencia humana. "Este avance tecnológico nos acerca un paso más a la consecución de nuestro sueño de vivir en Marte", asegura.
