2000年、中国科学技術大学の「AI化学者」が、火星の環境で酸素を生成できるというサブジャーナル「ネイチャー」に掲載されました

出典:アカデミックヘッドライン

画像ソース: Unbounded AIによって生成

過去に火星で生命の痕跡を発見し、火星で生存するための潜在的な生息地を構築することは、人類にとって夢のような目標です。

火星での酸素生産は、人類が火星に移動する前に最初に解決しなければならない問題の1つです。

NASAはこれまでにも、火星で酸素を局所的に生産できることを検証しており、探査車「パーサヴィアランス」に搭載された酸素発生装置は、16回の酸素製造実験で合計122グラム(子犬が10時間呼吸するのに必要な酸素量に相当)を生成しましたが、火星での大規模な酸素生産の実現にはまだ多くの困難があります。

今、人工知能(AI)は、私たちがこの課題に対処するのを助けることができるかもしれません。 **

**中国科学技術大学が率いる研究チームは、火星の隕石から触媒を作り、その酸素生成性能をテストし、人間の介入なしに最良の触媒が見つかるまでプロセスを繰り返すことができるロボットAI化学者を開発しました。 **

さらに、研究者たちは、この触媒が火星の模擬条件下で動作できることを実証しました。

実際、与えられた元素リストから触媒を設計するには、広大な化学空間を探索する必要があり、従来の「試行錯誤」モデルでは困難な作業です。 例えば、5つの異なる火星原産の鉱石を原料とし、1%間隔の整数パーセントの組み合わせに基づいて、3764376可能なレシピがあり、このプロセスが人間の労働によって行われていたら2000年かかっていたでしょう。

相关研究论文以"Automated synthesis of oxygen-producing catalysts from Martian meteorites by a robotic AI chemist"为题,已发表在 Nature 子刊 Nature Synthesis上。

著者らによると、AI化学者は、火星での触媒のオンサイト合成のための有望な技術であり、酸素生産の概念実証を提供し、将来の火星への有人ミッションに影響を与える可能性があります。

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ロケット推進剤や生命維持装置は大量の酸素を消費するため、火星での人間活動では酸素の供給が主要な課題となっています。

近年、水活性の証拠により、酸素発生反応(OER)触媒を用いた太陽電池による電気化学的水酸化プロセスにより、火星で大規模な酸素生産が行われる可能性が高まっています。

しかし、火星の現地原料から使用可能なOER触媒を合成するには、2つの大きな技術的課題を克服する必要があります。 第一に、天文学的な距離が長いため、人間がリアルタイムで遠隔操作できないため、合成システムは無人で自律的である必要があり、第二に、AIアルゴリズムを通じて最適な触媒組成を効率的に特定するための科学的知性を備えている必要があります。

そして、AIボットは、この2つの課題を解決する唯一の実行可能なテクノロジーであるように思われます。 これらのロボットシステムには、化学的な知識を獲得し、予測物理モデルを形成できるインテリジェントなサブシステムが必要です。

本研究で開発したAI化学者は、移動ロボットと14のタスク別化学ワークステーションを使用して、化学合成、構造特性評価、性能試験の全プロセスを実行するだけでなく、ロボットが取得した実験データと第一原理シミュレーションデータを強力なコンピューティングモジュールを介して分析し、機械学習(ML)アルゴリズムと理論モデルを組み合わせて、化学合成タスクに最適な配合を設計する自動自律合成を実現できます。

火星でのAI化学者の作業を合理化するために、この研究では、OER電極触媒のオンサイト合成のための二層ワークフローを提案しています。 **外側の層には、ロボットやさまざまな「スマート」な化学ワークステーションによって行われる12の自動実験とデータ管理のステップが含まれ、内側の層には、インテリジェントコンピューティングの「頭脳」によって実行される9つの連続したデジタル操作が含まれています。

図:火星サイトで、移動ロボット、コンピューティング「頭脳」、クラウドサーバー、14台のミッション専用ワークステーションで構成されるAI化学者が、OER電極触媒の包括的なシステムを設計・製造するワークフロー。

論文によると、AI化学者による高エントロピー電極触媒の最適な合成レシピの発見は、従来の試行錯誤の実験パラダイムと比較して5桁加速されました。

さらに、研究者らは、AI化学者が駆動するデータ駆動型プロトコルを設計し、3764376組み合わせから選択された6つの金属元素のOER触媒の設計において、従来の試行錯誤プロトコルよりも優れていることを実証しました。

論文によると、AI化学者は6週間にわたってMLとベイズ最適化アルゴリズムを使用して、約30,000の理論データセットと243の実験データセットから学習し、有望なOER触媒の配合と最適な合成条件を提供する予測モデルを構築しました。

火星の酸素、AI、または「触媒」

2022年、MOXIEがNASAのパーサヴィアランス号で少量の酸素を生成することに成功したことに加えて、ポルトガルのリスボン大学の物理学者であるVasco Guerra氏らは、プラズマ原子炉で電子ビームを使用してより多くの酸素を生成できることも提案しました。

火星の圧力と組成に合った空気を金属管に注入し、反応室に電子ビームを照射して空気の約30%を酸素に変換した。 研究によると、この装置は1時間あたり約14グラムの酸素を生成でき、これは28分間の呼吸をサポートするのに十分であると推定されています。

しかし、小型の生命維持装置を維持したり、小型ロケットに燃料を供給したりするには十分ですが、火星への有人ミッションには、より大規模で効率的な酸素発生装置が必要になります。

**NASAの試算によると、4人の宇宙飛行士のチームが火星で1年間生き延びるには約1トンの酸素が必要で、火星の表面から離陸して地球に帰還するには約7トンの酸素が必要です。 したがって、将来の酸素発生プラントは、自動車のサイズであり、長期間にわたって確実に動作できる必要があるかもしれません。 **

本研究で提唱されたAI化学者は、火星での酸素生産に新たなブレークスルーをもたらし、火星での酸素生産に新たなアイデアを提供し、おそらく大規模な酸素生産を可能にする**。

近年、AIは人類による宇宙探査の可能性を広げています。 将来、AIは人類が火星で暮らすための「触媒」になるかもしれません。

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