IA sintetiza catalizador para la producción de oxígeno a partir de meteoritos marcianos.

Gracias a la intervención de una inteligencia artificial (IA) en el ámbito de la química, hemos avanzado un paso más en la dirección de la futura colonización de Marte.

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La inmigración y la vida en Marte han sido representadas durante mucho tiempo en la ciencia ficción. Sin embargo, antes de que ese sueño se convierta en realidad, hay un obstáculo que los humanos deben superar: la falta de sustancias químicas esenciales, como el oxígeno, para la supervivencia a largo plazo en el planeta. No obstante, el reciente descubrimiento de actividad de agua en Marte ofrece esperanzas.

En la actualidad, los científicos están explorando la posibilidad de descomponer el agua para producir oxígeno mediante la oxidación electroquímica del agua impulsada por la energía solar, con la ayuda de catalizadores de la reacción de evolución de oxígeno (OER, por sus siglas en inglés). El desafío radica en encontrar una manera de sintetizar estos catalizadores in situ utilizando materiales marcianos —en lugar de transportarlos desde la Tierra, lo cual resultaría costoso—.

Para abordar este problema, un equipo liderado por los profesores Luo Yi, Jiang Jun y Shang Weiwei de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China (USTC) de la Academia China de Ciencias (CAS), recientemente logró sintetizar y optimizar catalizadores OER automáticamente a partir de meteoritos marcianos con su inteligencia artificial química robótica.

«El químico de IA innovó en la síntesis del catalizador OER utilizando material marciano basándose en la cooperación interdisciplinaria», afirmó el Prof. Luo Yi, científico líder del equipo.

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En cada ciclo experimental, la IA primero analizó la composición elemental de los minerales marcianos utilizando la espectroscopía de descomposición inducida por láser (LIBS) como sus ojos.

Luego, realizó una serie de pretratamientos en los minerales, que incluyeron pesar en la estación de dispensación sólida, preparar soluciones de alimentación en la estación de dispensación líquida, realizar la separación del líquido en la estación de centrifugación y lograr la solidificación en la estación de secado.

Los hidróxidos metálicos resultantes se trataron con adhesivo Nafion para preparar el electrodo de trabajo para las pruebas de OER en la estación electroquímica. Los datos de las pruebas se enviaron en tiempo real al «cerebro» computacional de la IA para procesamiento de aprendizaje automático.

El «cerebro» de esta IA especializada empleó la química cuántica y simulaciones de dinámica molecular para 30.000 hidróxidos de alta entropía con diferentes proporciones de elementos y calculó sus actividades catalíticas OER mediante la teoría del funcional de la densidad. Los datos de simulación se utilizaron para entrenar un modelo de red neuronal para predecir rápidamente las actividades de los catalizadores con diferentes composiciones elementales.

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Flujo de trabajo para la producción de catalizadores OER a partir de meteoritos marcianos por el químico de inteligencia artificial. Crédito: USTC. ​

Finalmente, a través de la optimización bayesiana, el «cerebro» predijo la combinación de minerales marcianos disponibles necesarios para sintetizar el catalizador OER óptimo.

Hasta ahora, el químico de inteligencia artificial ha creado un excelente catalizador utilizando cinco tipos de meteoritos marcianos en condiciones no tripuladas. Este catalizador puede funcionar de manera estable durante más de 550.000 segundos a una densidad de corriente de 10 mA cm-2 y una sobretensión de 445.1 mV. Una prueba adicional a -37 °C (la temperatura en Marte) confirmó que el catalizador puede producir oxígeno de manera estable sin ninguna degradación aparente.

En solo dos meses, esta IA completó la compleja optimización de catalizadores que llevaría 2.000 años para un químico humano.

El equipo está trabajando ahora para convertir la IA utilizada en una plataforma de experimentación general para diversas síntesis químicas sin intervención humana.

«En el futuro, los humanos podrán establecer una fábrica de oxígeno en Marte con la asistencia de un químico de inteligencia artificial», dijo Jiang.

«Solo se necesitan 15 horas de irradiación solar para producir la concentración de oxígeno suficiente requerida para la supervivencia humana. Y esta tecnología innovadora nos acerca un paso más a lograr nuestro sueño de vivir en Marte», concluyó.

Los resultados de su investigación fueron publicados en Nature Synthesis.

Fuente: https://en.ustc.edu.cn/info/1007/4733.htm