中國“機(jī)器化學(xué)家”成功研發(fā)火星制氧催化劑

IT之家 11 月 14 日消息，IT之家從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)官方公眾號獲悉，火星移民一直是人類的夢想！首先要克服的，是缺乏氧氣的火星環(huán)境。由于火星上存在水資源，利用太陽能驅(qū)動的電催化分解水制備氧氣成為了科學(xué)家們追求的目標(biāo)。然而，人類無法在無氧的火星環(huán)境下長期生存，難以就地取材在火星上創(chuàng)制催化劑。近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)羅毅、江俊、尚偉偉教授團(tuán)隊(duì)與深空探測實(shí)驗(yàn)室張哲研究員等合作，采用中國科大機(jī)器化學(xué)家“小來”平臺，在兩個月內(nèi)就完成了普通人類化學(xué)家需要做 2000 年的復(fù)雜優(yōu)化工作，利用火星隕石制備出了實(shí)用的產(chǎn)氧電催化劑。

在中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的機(jī)器化學(xué)家實(shí)驗(yàn)室，可以看到一個體型“敦實(shí)”但動作靈活的機(jī)器人“小來”，一方面，它可以快速閱讀大量科研論文和專利，“學(xué)習(xí)”前人知識和經(jīng)驗(yàn)，另一方面，它還能夠做科學(xué)計(jì)算，“思考”化學(xué)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)性能之間的關(guān)系；更重要的是，它還能不知疲倦地開展科研“實(shí)踐”，在化學(xué)實(shí)驗(yàn)室里穿梭，伸出機(jī)械手臂配制試劑、操作科研儀器、采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。“實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)處理后，輸入到小來的計(jì)算大腦中，產(chǎn)生理實(shí)交融的人工智能模型，幫助科研人員優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案。”江俊說。

在這一次工作中，小來承擔(dān)了利用未知的火星隕石在無人指導(dǎo)下創(chuàng)制有用的產(chǎn)氧催化劑的任務(wù)。首先，它調(diào)用激光誘導(dǎo)擊穿光譜設(shè)備，分析了隕石的元素成分。接著，它一邊開展理論模擬提供計(jì)算大數(shù)據(jù)，另一邊將火星隕石進(jìn)行稱重、配置原料溶液、攪拌、離心、吸液、烘干、提純、制備催化劑、測試性能、獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。而小來的“大腦”會實(shí)時(shí)處理理論和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立智能預(yù)測模型。最后，智能模型預(yù)測出最佳催化劑所需的火星隕石配比組合，指導(dǎo)機(jī)器人將其制備出來。目前，“小來”已成功利用五種火星隕石，在無人條件下創(chuàng)制出一款優(yōu)秀的催化劑，其具有高穩(wěn)定性和高活性，能夠在極端的火星環(huán)境下持續(xù)地分解水并生產(chǎn)氧氣。這也表明，機(jī)器化學(xué)家“小來”可以自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作和優(yōu)化，不受未知環(huán)境的限制，在人類不能勝任的極端環(huán)境下，短時(shí)間內(nèi)完成大量的實(shí)驗(yàn)和計(jì)算任務(wù)，從數(shù)百萬種可能配方中迅速找到最佳組合，大幅提升新材料、新型化學(xué)品的研發(fā)效率。

這一具有里程碑意義的研究成果以“Automated synthesis of oxygenproducing catalysts from Martian meteorites by a robotic AI chemist”為題發(fā)表在國際期刊《自然?合成》上（Nature Synthesis），被編輯選為當(dāng)期熱點(diǎn)論文并得到高度評價(jià)。該工作成功展示了在地外星系上因地制宜創(chuàng)制化學(xué)品的智能化全流程，為未來地外文明探索提供了新的技術(shù)手段，對我國在未來月球、火星空間站上實(shí)現(xiàn)星際資源的原位綜合利用建立了獨(dú)特的方案。國際審稿人評價(jià)道：“this article reports an exciting approach for synthesizing OER catalyst on Mars by a robotic AIChemist system（本文報(bào)道了通過機(jī)器化學(xué)家系統(tǒng)在火星上合成 OER 催化劑的令人興奮的方法）”，“as an example of how AI and automation can come together to design and manufacture complex materials under challenging circumstances（作為人工智能和自動化相結(jié)合的典型案例，在充滿挑戰(zhàn)的環(huán)境下設(shè)計(jì)和制造復(fù)雜材料）”。