从水分子中分解出氧气是一个相对简单的过程，至少在化学上是这样。即便如此，它确实需要组件，其中最重要的组件之一就是催化剂。催化剂可以实现反应并且可以线性扩展，因此如果您想要快速进行更多反应，则需要更大的催化剂。在太空探索中，越大意味着越重，也就意味着更昂贵。因此，当人类在火星上寻找一种将水分解为氧气和氢气的催化剂时，用火星当地材料制造一种催化剂是值得的。这正是来自中国合肥的一个团队通过他们所谓的“人工智能化学家”所做的事情。
不幸的是，“AIChemist”这个名字并没有被沿用，尽管这个笑话可能会根据你阅读的字体而有所不同。无论它的名字是什么，该团队的工作都是一些严肃的科学。它特别应用了最近风靡一时的机器学习算法，通过利用火星原生材料来选择“析氧反应”的有效催化剂。
不过，说它只选择了催化剂，并没有给予该系统应有的全部信任。它完成了一系列步骤，包括开发催化剂配方、预处理矿石以制造催化剂、合成催化剂以及完成后进行测试。作者估计，通过完成所有这些任务，自动化流程可以节省 2,000 多年的人力，并通过测试的出色结果来证明这一点。
信用 – Zhu 等人。
不过，在此之前，我们先从“初始条件”开始。该团队开发了一种“一体化”机器人人工智能化学家，能够执行所有这些任务。它最初是基于更有限的人工智能化学家所做的工作，他们可以阅读合成化学文献并估计不同化合物对不同任务的功效。构建模型后，他们需要为其提供一些数据。
对于这些数据，他们从火星表面选择了五种不同的常见岩石。他们估计，这些岩石中的元素可能会产生 3,764,376 种可能的组合，具体取决于组合的制造方式。因此，人工智能化学家的首要任务是选择一种可以作为分解氧气的催化剂的物质。该数据集的一部分是由 30,000 个其他理论数据集和 243 个实验的结果构建的。结果是一种由锰、铁、镍、镁、铝和钙组成的“多金属”材料。
接下来，将制造催化剂样品进行测试。人工智能配备了一个机器人手臂，可以采集溶解在盐酸中的陨石的物理样本，并尝试从这些材料中合成建议的催化剂。这个过程涉及相当极端的过程，例如将样品在 7,500g 下离心 5 分钟，以分离出必要的材料并干燥所得材料。令人印象深刻的是，所有这一切似乎都是在没有人为干预的情况下完成的。
合成一些材料后，研究小组通过实际执行设计的还原过程来对其进行测试。更重要的是，他们是在火星环境条件下这样做的。该材料的性能令人赞叹，与已使用的现有催化剂类似。
因此，实际上，人工智能刚刚使用当地材料开发并测试了一种可在火星上使用的催化剂。这样做可能会节省 2000 多年的密集人力劳动。这证明了人工智能在现有数据中寻找模式并使用新数据进行推断的效率如何。不过，这种催化剂是否能在火星上亮相还有待观察，因为催化剂本身必须与系统的其他部分集成，才能进行还原反应，有效地将氧气从水中分离出来。考虑到制造催化剂的过程的复杂性，我们可能更容易直接从地球运送催化剂，即使它不使用火星材料。
了解更多：
朱等人。—机器人人工智能化学家从火星陨石中自动合成产氧催化剂
UT –一个机器人可以为火星任务提供足够的水和氧气
UT –ISRU 是什么？它将如何帮助人类太空探索？
UT –在火星上制造氧气的新方法：使用等离子体
主要图片：
运行催化剂合成过程的实验中使用的机械臂的一系列图像。
信用 – Zhu 等人。