Ученые создали «робота-химика с искусственным интеллектом» для выработки кислорода на Марсе

Марс и другие планеты Солнечной системы трудно изучать, потому что они находятся очень далеко. Но что, если бы мы могли привезти домой кусочек Марса, где учёные могли бы изучать его без скафандров? В статье, опубликованной в понедельник в журнале Nature, ученые из Китая сообщили о создании «робота-химика с искусственным интеллектом», который с помощью машинного обучения смог получить кислород из марсианских метеоритов. Исследователи надеются использовать своего робота-химика с искусственным интеллектом, чтобы обеспечить долгосрочное присутствие человека на Марсе.

Обнаружение признаков жизни на Марсе и установление там собственного присутствия являются одними из заветных желаний человечества, по крайней мере, с тех пор, как мы узнали о существовании других планет. Марс гораздо более гостеприимный, чем ядовитый туман Венеры и является ближайшей планетой на которой могла бы существовать жизнь в том виде, в котором мы ее понимаем. К тому же, Марс в далеком прошлом выглядел совершенно по другому.

Одна из гипотез происхождения жизни гласит, что один космический источник мог «засеять» множество планет органическими образцами, из которых впоследствии возникли живые организмы. В качестве доказательства этой гипотезы часто приводят тот факт, что на поверхность Земли попали породы лунного и марсианского происхождения, выброшенные в космос вулканическими извержениями или астероидными ударами. Но эти марсианские камни также представляют собой отличный шанс изучить напрямую химию Красной планеты, без необходимости туда отправляться. Это делает их ценным материалом для исследований по использованию ресурсов на месте, то есть распространенной идеи, что мы могли бы использовать материалы с Марса (или откуда-то еще) для создания там нашей базы, вместо того, чтобы возить все с Земли. Что может быть лучше для испытаний, чем реальные камни с поверхности Марса?

В одном из таких проектов, выполненном междисциплинарной группой ученых в Китае, была предпринята попытка найти золотую середину в исследованиях ISRU, то есть создать самодвижущуюся исследовательскую платформу, способную работать на Марсе без прямого вмешательства человека. То, что они создали, они описали в статье как «универсального робота-химика с искусственным интеллектом», который производит кислород из образцов марсианских метеоритов в качестве доказательства их концепции.

Пять образцов марсианской руды содержали в общей сложности более трех миллионов кандидатов на катализаторы. Авторы И Права: Чжу К., Хуан Ю., Чжоу Д.

Идея состоит в том, что робот будет способен сначала брать образцы марсианского реголита, а затем исходя из основных принципов проекта решать конкретные проблемы, и все это без вмешательства человека. Если бросить эту "штуку" посреди Анд без руководства пользователя, она сможет сказать, из каких камней лучше всего добыть кремень для костра. Но на Марсе вряд ли хватит кислорода, чтобы обеспечить горение. Атмосфера Марса в основном состоящая из углекислого газа, имеет всего один процент давления "дышащей" атмосферы Земли на уровне моря. Этого недостаточно, чтобы пытаться отделить кислород от CO². Так где же и как люди будут получать кислород, необходимый для длительного пребывания на Марсе?

Энергия на холодной и сухой поверхности Марса в дефиците нехватка и очень дорого обходится. Но на Марсе есть тонны крупных, богатых кислородом камней. И недавно мы обнаружили, что в недавнем прошлом поверхность Марса была на удивление влажной. Водяной лед виден по краям марсианских кратеров и оврагов. Итак, ученые предположили, а что будет катализатором*?

(*Катализаторы — это молекулы, которые помогают протекать химическим реакциям, не становясь частью конечного продукта. Они делают это за счет снижения эффективных затрат энергии для данной реакции. Например, платиновый катализатор в автомобильном каталитическом нейтрализаторе помогает устройству удалять определенные вредные молекулы от выхлопа, достаточно быстро, чтобы быть полезным даже в качестве пассивного "устройства".)

Среди всего лишь пяти различных марсианских руд, как говорится в докладе, появилось более трех миллионов потенциальных катализаторов с двумя отличительными характеристиками: во-первых, он должен создаваться исключительно из местных материалов, а во-вторых, он должен быть способен высвобождать кислород из металлических оксидов в марсианских метеоритах – по сути, "очищать" ржавчину.

Даже при низком поверхностном давлении на Марсе некоторое количество льда сохраняется, особенно на северных склонах, таких как стена марсианского кратера. Фото: НАСА

Как вы уже поняли, это сложная и трудоемкая задача, которая требует много времени и не допускает ошибок. Вот здесь на помощь и пришел искусственный интеллект. Вместо метода проб и ошибок команда поручила исследование искусственному интеллекту, который выбрал лучшие кандидаты намного быстрее, чем могли бы сделать это люди.

Робот-химик выбрал катализатор таким путем - он использовал электрохимическую ванну с низким энергопотреблением, обвитую чистым серебром с платиновым противоэлектродом. Добавил образцы метеорита в ванну с солевым электролитом, включил питание, и в результате реакции выделил газообразный кислород, в то время как ионы металлов начали накапливаться и растворяться в электролите. Как только кислород вышел из раствора, он перешел в двухатомную форму, полезную для человека.

Неясно, насколько хорошо этот процесс будет протекать прямо на Марсе. Однако в отчете предлагается расширенный "рабочий процесс", включающий добавление образцов обескислороженного металла в полимерный клей Nafion для печати проводящих цепей, которые можно использовать для проверки чистоты воды или изготовления транзисторов на месте.

Даже без использования на Марсе искусственного интеллекта и сопутствующего дорогостоящего финансирования, робот-химик с искусственным интеллектом уже Земле сделал важную работу на которую у людей ушли бы месяцы. За последние полгода государственные и частные исследовательские институты объявили о новых технологиях для освоения материалов прямо на Марсе и Луне. Летом британские химики использовали солнечный свет для прямого преобразования воды в водород и кислород без преобразования солнечного света в электричество, то есть использовалась система с низким энергопотреблением, которая может быть доставлена в космос. Кроме того, в недавних экспериментах НАСА использовались аналоги реголита с Земли в качестве основы для напечатаных на 3D-принтере конструкций и превращали реальный реголит в окись углерода, используя крошечный лазер. Марсоход "Perseverance" также провел эксперимент по выработке кислорода на Марсе с помощью аппарата MOXIE, в результате которого на поверхности Марса было успешно получено экспериментальное количество кислорода .