中國“機器化學家”成功研發火星制氧催化劑

IT之家 11 月 14 日消息，IT之家從中國科學技術大學官方公眾號獲悉，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境。由于火星上存在水資源，利用太陽能驅動的電催化分解水制備氧氣成為了科學家們追求的目標。然而，人類無法在無氧的火星環境下長期生存，難以就地取材在火星上創制催化劑。近日，中國科學技術大學羅毅、江俊、尚偉偉教授團隊與深空探測實驗室張哲研究員等合作，采用中國科大機器化學家“小來”平臺，在兩個月內就完成了普通人類化學家需要做 2000 年的復雜優化工作，利用火星隕石制備出了實用的產氧電催化劑。

在中國科學技術大學的機器化學家實驗室，可以看到一個體型“敦實”但動作靈活的機器人“小來”，一方面，它可以快速閱讀大量科研論文和專利，“學習”前人知識和經驗，另一方面，它還能夠做科學計算，“思考”化學結構與性質性能之間的關系；更重要的是，它還能不知疲倦地開展科研“實踐”，在化學實驗室里穿梭，伸出機械手臂配制試劑、操作科研儀器、采集實驗數據。“實驗數據經處理后，輸入到小來的計算大腦中，產生理實交融的人工智能模型，幫助科研人員優化實驗方案。”江俊說。

在這一次工作中，小來承擔了利用未知的火星隕石在無人指導下創制有用的產氧催化劑的任務。首先，它調用激光誘導擊穿光譜設備，分析了隕石的元素成分。接著，它一邊開展理論模擬提供計算大數據，另一邊將火星隕石進行稱重、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、獲得實驗數據。而小來的“大腦”會實時處理理論和實驗數據，建立智能預測模型。最后，智能模型預測出最佳催化劑所需的火星隕石配比組合，指導機器人將其制備出來。目前，“小來”已成功利用五種火星隕石，在無人條件下創制出一款優秀的催化劑，其具有高穩定性和高活性，能夠在極端的火星環境下持續地分解水并生產氧氣。這也表明，機器化學家“小來”可以自主進行實驗操作和優化，不受未知環境的限制，在人類不能勝任的極端環境下，短時間內完成大量的實驗和計算任務，從數百萬種可能配方中迅速找到最佳組合，大幅提升新材料、新型化學品的研發效率。

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”為題發表在國際期刊《自然?合成》上（Nature Synthesis），被編輯選為當期熱點論文并得到高度評價。該工作成功展示了在地外星系上因地制宜創制化學品的智能化全流程，為未來地外文明探索提供了新的技術手段，對我國在未來月球、火星空間站上實現星際資源的原位綜合利用建立了獨特的方案。國際審稿人評價道：“this article reports an exciting approach for synthesizing OER catalyst on Mars by a robotic AIChemist system（本文報道了通過機器化學家系統在火星上合成 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合的典型案例，在充滿挑戰的環境下設計和制造復雜材料）”。