机器人专家为探索火星的殖民开辟新路

发布时间：2023-11-14 09:48:27 所属栏目：动态来源：

导读：近日，中国科学技术大学（以下简称中国科大）教授罗毅、江俊和副教授尚伟伟团队与中国深空探测实验室研究员张哲等合作，通过前期研制的机器化学家“小来”平台，利用火星陨石制备出实用的产氧催化剂，&ldq

近日，中国科学技术大学（以下简称中国科大）教授罗毅、江俊和副教授尚伟伟团队与中国深空探测实验室研究员张哲等合作，通过前期研制的机器化学家“小来”平台，利用火星陨石制备出实用的产氧催化剂，“生产”出氧气。11月14日，该研究成果发表于《自然-合成》。

维持生命必不可少的两种重要物品就是水和空气中的氧分子。科学家发现，火星上存在水资源，但没有氧气。

利用地球上的电流引发了将氢和氧结合的臭氧产生过程，从而制造出氧气并以之为基础研发工作取得了很大进展。那么，在火星上是否也可以实现这一目标？由于目前人类无法在火星环境下长期生存，因此无法“就地取材”在火星上制备产氧催化剂。

实验中的陨石都真正来自火星。”论文第一作者、中国科大副研究员朱青介绍，火星陨石里包含铁、锰、镍、钙、镁、铝等元素，这些金属元素都是合成催化剂的必要成分。

“小来”利用自身装载的激光诱导击穿光谱设备，对火星陨石进行了详细的矿物分析，发现其中有很多种金属适合作为产氧催化剂的有效成分。接下来，它通过强酸浸渍将矿物全部溶解，提炼出里面的金属组分；然后，加碱沉淀得到一个含多金属的氢氧化物；最后，以氢氧化物作为阳极催化剂，参与火星卤水的电解反应，从而制备出氧气。

《自然-合成》的一位审稿专家高度评价此项工作，称论文报道了“通过机器化学家系统在火星上合成产氧催化剂的令人兴奋的方法”。
2000年时间缩短至6周。

“小来”展现出了超越人类科学家的理论与实践能力，首先利用它的“计算大脑”自主创建了一批理论构象，然后开始做大规模的理论计算。同时，“小来”通过其精准的自动化操作能力，快速高效地执行实验任务。

“理论模拟可以判断大致的优化方向，机器实验则能提供精准的实测数据。将理论大数据与实验小数据对齐，就建立起了一个理实交融的机器学习模型。”朱青说，该智能模型能更好描绘整个高维空间中的化学反应走势，这是依靠人类传统经验无法实现的。

“这种理实交融的研究方式极大加快了新材料发现的过程，能够从数百万种可能的配方中迅速识别出最佳组合。”江俊表示。
原位综合利用星际资源

那么，用火星陨石制备的催化剂与地球上的催化剂有什么不一样？为何不直接将催化剂从地球带到火星上？

“这里强调的是一种原位资源利用策略。在未来的火星移民、星际探索中，不太可能一直将地球上的物资运送过去。一是运输成本太高，二是地外环境下的化学反应情况跟地球上不一样，并且催化剂材料自身也有使用寿命。”江俊说，因此，最好的方法就是“就地取材”。例如，机器人在无人监管的情况下，可利用未知的物质自主发现并且创造出有用的化学品。

随着人类深空探测活动日益活跃，传统运载方式难以支撑未来空间任务的发展，需要不断减少对地球物质能源补给的依赖，原位资源利用技术就成为了重要手段。

江俊介绍，地外原位资源利用指的是在星际探索的过程中，因地制宜采集当地的物质资源进行物理化学方面的改造，使其变成有用的化学品、材料、设施。

“未来，人类可以在火星上建立一个个产氧小工厂，在其屋顶铺满‘小来’制备的产氧催化剂，经过反应，就能得到氧气。” 江俊说。

“下一步，我们计划为机器人配备更多的传感器和光谱设备，使其拥有探测感知和预测化学物质微观演化的能力，以更好地适应不同的化学场景。”江俊说。此外，他们还计划建立一个有数百个机器人和数千个工作站的大型机器化学家实验室。这样一来，不仅能复盖更广泛的科学研究领域，让更多科研人员参与和智能化学相关的研究，还能产生高质量、高通量的科学数据，助力建立跨学科、跨领域的通用科学智能模型。同时，通过人工智能技术的应用，可以提高学生的创新能力，培养学生的科学素养，激发学生的创新潜能。

（编辑：驾考网）

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