中国“机器化学家”成功研发火星制氧催化剂

IT之家 11 月 14 日消息，IT之家从中国科学技术大学官方公众号获悉，火星移民一直是人类的梦想！首先要克服的，是缺乏氧气的火星环境。由于火星上存在水资源，利用太阳能驱动的电催化分解水制备氧气成为了科学家们追求的目标。然而，人类无法在无氧的火星环境下长期生存，难以就地取材在火星上创制催化剂。近日，中国科学技术大学罗毅、江俊、尚伟伟教授团队与深空探测实验室张哲研究员等合作，采用中国科大机器化学家“小来”平台，在两个月内就完成了普通人类化学家需要做 2000 年的复杂优化工作，利用火星陨石制备出了实用的产氧电催化剂。

在中国科学技术大学的机器化学家实验室，可以看到一个体型“敦实”但动作灵活的机器人“小来”，一方面，它可以快速阅读大量科研论文和专利，“学习”前人知识和经验，另一方面，它还能够做科学计算，“思考”化学结构与性质性能之间的关系；更重要的是，它还能不知疲倦地开展科研“实践”，在化学实验室里穿梭，伸出机械手臂配制试剂、操作科研仪器、采集实验数据。“实验数据经处理后，输入到小来的计算大脑中，产生理实交融的人工智能模型，帮助科研人员优化实验方案。”江俊说。

在这一次工作中，小来承担了利用未知的火星陨石在无人指导下创制有用的产氧催化剂的任务。首先，它调用激光诱导击穿光谱设备，分析了陨石的元素成分。接着，它一边开展理论模拟提供计算大数据，另一边将火星陨石进行称重、配置原料溶液、搅拌、离心、吸液、烘干、提纯、制备催化剂、测试性能、获得实验数据。而小来的“大脑”会实时处理理论和实验数据，建立智能预测模型。最后，智能模型预测出最佳催化剂所需的火星陨石配比组合，指导机器人将其制备出来。目前，“小来”已成功利用五种火星陨石，在无人条件下创制出一款优秀的催化剂，其具有高稳定性和高活性，能够在极端的火星环境下持续地分解水并生产氧气。这也表明，机器化学家“小来”可以自主进行实验操作和优化，不受未知环境的限制，在人类不能胜任的极端环境下，短时间内完成大量的实验和计算任务，从数百万种可能配方中迅速找到最佳组合，大幅提升新材料、新型化学品的研发效率。

这一具有里程碑意义的研究成果以“Automated synthesis of oxygen-producing catalysts from Martian meteorites by a robotic AI chemist”为题发表在国际期刊《自然・合成》上（Nature Synthesis），被编辑选为当期热点论文并得到高度评价。该工作成功展示了在地外星系上因地制宜创制化学品的智能化全流程，为未来地外文明探索提供了新的技术手段，对我国在未来月球、火星空间站上实现星际资源的原位综合利用建立了独特的方案。国际审稿人评价道：“this article reports an exciting approach for synthesizing OER catalyst on Mars by a robotic AI-Chemist system（本文报道了通过机器化学家系统在火星上合成 OER 催化剂的令人兴奋的方法）”，“as an example of how AI and automation can come together to design and manufacture complex materials under challenging circumstances（作为人工智能和自动化相结合的典型案例，在充满挑战的环境下设计和制造复杂材料）”。

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