Sản xuất oxy trên sao Hỏa: Sau cỗ máy NASA là robot AI của các nhà khoa học Trung Quốc

Các nhà nghiên cứu nói robot AI đã tìm ra công thức xúc tác tối ưu từ hơn 3,7 triệu khả năng trong vòng chưa đầy hai tháng. Họ ước tính rằng quá trình sàng lọc sẽ mất khoảng 2.000 năm để con người thực hiện.

Theo nhóm nghiên cứu do Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc ở thành phố Hợp Phì (tỉnh An Huy), chất xúc tác được sản xuất đã thử nghiệm trong điều kiện mô phỏng nhiệt độ thấp của sao Hỏa.

Oxy rất hiếm trên sao Hỏa. Bầu khí quyển của sao Hỏa mỏng hơn nhiều so với Trái đất, chủ yếu là carbon dioxide. Oxy chỉ chiếm 0,13% không khí ở sao Hỏa, so với 21% trên hành tinh của chúng ta.

Dù không thể được bổ sung từ bầu khí quyển sao Hỏa, oxy là “ưu tiên hàng đầu với bất kỳ hoạt động nào của con người trên sao Hỏa vì động cơ đẩy tên lửa và hệ thống hỗ trợ sự sống tiêu thụ một lượng oxy đáng kể”, các nhà khoa học viết trong một bài báo đăng trên tạp chí Nature Synthesis.

Họ cho biết bằng chứng về hoạt động của nước trên sao Hỏa làm tăng khả năng sản xuất oxy trên quy mô lớn ở hành tinh này. Điều đó sẽ được thực hiện thông qua các quá trình oxy hóa nước điện hóa, được thúc đẩy bởi năng lượng Mặt trời và sử dụng chất xúc tác.

Nhóm nghiên cứu cho biết: “Ở đây, chúng tôi trình diễn một robot hóa học AI để tổng hợp tự động và tối ưu hóa thông minh các chất xúc tác cho phản ứng tạo oxy từ thiên thạch sao Hỏa. Toàn bộ quá trình, bao gồm tiền xử lý quặng sao Hỏa, tổng hợp chất xúc tác, mô tả đặc tính, thử nghiệm và quan trọng nhất là tìm kiếm công thức xúc tác tối ưu, được thực hiện mà không cần sự can thiệp của con người".

Được dẫn dắt bởi các nhà khoa học Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc, nhóm còn gồm cả những nhà nghiên cứu từ Deep Space Exploration Laboratory và Hefei JiShu Quantum Technology tại Hợp Phì cùng Viện Công nghệ Tiên tiến của Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc ở Thâm Quyến.

Để nghiên cứu, họ đã chọn 5 loại thiên thạch đến từ hoặc được xác nhận tồn tại trên sao Hỏa. Chúng được phân tích bởi robot hóa học AI. Robot này đã được xây dựng mô hình dự đoán bằng cách học hỏi từ gần 30.000 bộ dữ liệu lý thuyết và 240 bộ dữ liệu thực nghiệm trong vòng sáu tuần.

Robot AI đã chuyển đổi thiên thạch thành các hợp chất hóa học và tạo ra chất xúc tác từ chúng trước khi kiểm tra hiệu suất sản xuất oxy của chất xúc tác.

Tác giả chính Jiang Jun, giáo sư hóa lý tại Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc, nói nghiên cứu cho thấy robot được điều khiển bằng AI có thể tạo ra các hóa chất hữu ích bằng cách sử dụng các chất chưa từng biết đến trước đây trong những điều kiện xa lạ. Ông cho biết có những ứng dụng tiềm năng cho việc khám phá Mặt trăng và sao Hỏa cũng như các tình huống nguy hiểm trên Trái đất.

Jiang Jun cho hay: “Chúng tôi đã sử dụng robot để tạo ra màng mỏng quang học, chất xúc tác cho pin nhiên liệu, pin mặt trời perovskite và vật liệu phát quang. Trong tương lai, nếu xây dựng căn cứ trên sao Hỏa, chúng ta sẽ cần các hóa chất như oxy, hydro (chất mang năng lượng), vật liệu quang học và siêu vật liệu. Robot có thể giúp sản xuất chúng”.

Ông nói nhóm sẽ tiếp tục giảm trọng lượng robot để nó có thể được gửi đi thực hiện sứ mệnh không gian, đồng thời nghiên cứu xem lực hấp dẫn và bầu khí quyển mỏng của sao Hỏa sẽ ảnh hưởng như thế nào đến quá trình sản xuất chất xúc tác.

Jiang Jun nói muốn trang bị cho robot nhiều giác quan hơn, chẳng hạn khứu giác và vị giác, cũng như tầm nhìn hồng ngoại và tia X để có thể phân tích nhanh chóng kết quả thí nghiệm.

“Chúng tôi cũng hy vọng sẽ làm cho hoạt động của nó mạnh mẽ hơn. 3 robot bây giờ có thể làm việc cùng nhau. Chúng tôi đặt mục tiêu phát triển mạng lưới lên hàng trăm robot để phân công lao động tốt hơn. Một số robot có thể di chuyển trên đất liền để vận chuyển, một số có thể thực hiện các thí nghiệm tại bàn làm việc và một số có thể bay”, ông nói.

Ngoài ra, họ còn có kế hoạch đào tạo robot những kiến thức khoa học toàn diện để nó có thể quyết định hướng nghiên cứu.

Jiang Jun nói: “Chúng tôi đánh giá cao cách AI sẽ biến đổi ngành khoa học, ngoài những đóng góp cho việc khám phá không gian. Sự phát triển của AI đã được tăng tốc rất nhanh. 5 năm trước, tôi đã nghĩ rằng việc robot tạo ra các hóa chất hữu ích là điều không thể tưởng tượng được, nhưng giờ đây nó đã trở thành sự thật. Có lẽ trong 5 năm nữa, robot AI sẽ hoạt động được trên Mặt trăng”.

Cỗ máy sản xuất oxy trên sao Hỏa của NASA

Thiết bị thử nghiệm của NASA (Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Mỹ) sản xuất oxy từ carbon dioxide trên sao Hỏa hoạt động tốt hơn dự kiến và chứng minh khả năng giúp các phi hành gia tương lai khám phá hành tinh đỏ.

Thiết bị MOXIE (Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment) lớn cỡ chiếc lò vi sóng, nằm trên robot tự hành Perseverance. Thí nghiệm bắt đầu cách đây hơn hai năm, chỉ vài tháng sau khi robot hạ cánh trên sao Hỏa. Từ sau đó, MOXIE đã sản xuất 122 g oxy, đủ cho một con chó nhỏ hít thở trong 10 giờ, theo NASA.

Thiết bị hoạt động bằng cách biến đổi một phần carbon dioxide dồi dào trên hành tinh đỏ thành oxy. Ở đỉnh hiệu suất, MOXIE tạo ra 12 g oxy một giờ với độ tinh khiết 98%, cao gấp đôi mục tiêu của NASA dành cho thiết bị. Đầu tháng 8, MOXIE hoạt động lần thứ 16 và cũng là lần cuối cùng, hoàn thành mọi yêu cầu.

"Chúng tôi rất tự hào khi phát triển công nghệ đột phá như MOXIE, có thể biến tài nguyên địa phương thành sản phẩm hữu ích cho các nhiệm vụ khám phá trong tương lai. Bằng cách cung cấp công nghệ này trong điều kiện thực tế, chúng tôi đã tiến gần một bước giúp phi hành gia sinh sống trên hành tinh đỏ", Trudy Kortes, Giám đốc kiểm nghiệm công nghệ ở trụ sở của NASA, chia sẻ.

Bầu khí quyển mỏng của sao Hỏa chứa 96% carbon dioxide. MOXIE hoạt động bằng cách chia tách phân tử carbon dioxide. Cỗ máy tách riêng phân tử oxy và thải ra phụ phẩm là carbon monoxide. Khi khí đi qua thiết bị, hệ thống của nó phân tích độ tinh khiết và chất lượng oxy. Vật liệu chịu nhiệt như lớp phủ bằng vàng và aerogel được dùng để chế tạo thiết bị bởi quá trình biến đổi đòi hỏi nhiệt độ 798 độ C. Những vật liệu này ngăn nhiệt lượng tỏa ra và phá hủy robot tự hành.

Phiên bản lớn và tốt hơn của MOXIE có thể cung cấp không khí hít thở được cho hệ thống hỗ trợ sự sống, đồng thời biến đổi và lưu trữ oxy cần thiết làm nhiên liệu tên lửa phục vụ hành trình quay về Trái đất.

"Hiệu suất ấn tượng của MOXIE cho thấy việc khai thác oxy từ khí quyển sao Hỏa rất khả thi. Phát triển công nghệ cho phép con người sử dụng tài nguyên trên Mặt trăng và sao Hỏa rất quan trọng với xây dựng căn cứ dài hạn trên Mặt trăng, đồng thời hỗ trợ kế hoạch khám phá sao Hỏa", Pam Melroy, Phó giám đốc NASA, nói.

Vận chuyển hàng ngàn kg nhiên liệu đẩy tên lửa và oxy trong hành trình ban đầu từ Trái đất tới sao Hỏa là việc cực khó khăn và tốn kém, khiến tàu vũ trụ không còn chỗ cho những vật dụng thiết yếu khác. Công nghệ như MOXIE có thể giúp phi hành gia sống trên mặt đất và sử dụng tài nguyên xung quanh. Bài học từ thí nghiệm MOXIE nhỏ có thể dùng để tạo ra hệ thống kích thước thực, bao gồm máy sản xuất, hóa lỏng và lưu trữ oxy. Bước quan trọng tiếp theo trong quá trình là kiểm tra các công nghệ khác trên sao Hỏa như công cụ và vật liệu xây môi trường sống.