มนุษย์อาจใกล้ตั้งอาณานิคมบนดาวอังคาร ? หลังนักวิทย์จีนพบการสร้างออกซิเจนจากน้ำแข็ง

นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งประเทศจีน (USTC) อาจค้นพบวิธีที่จะทำให้มนุษย์สามารถไปตั้งอาณานิคมบนดาวอังคารได้ในระยะยาว โดยพวกเขาได้ออกแบบหุ่นยนต์นักเคมีโดยได้ใช้ปัญญาประดิษฐ์ (AI) มาช่วยในการประมวลผล ทำนายการสร้าง และสังเคราะห์ตัวเร่งปฏิกิริยา (Catalysts) ที่ทำให้เกิดปฏิกิริยาวิวัฒนาการออกซิเจน (oxygen evolution reaction (OER)) โดยกระบวนการนี้สามารถนำน้ำแข็งที่สะสมตัวบนดาวอังคารมาสร้างออกซิเจนได้ ลดความต้องการทรัพยากรจากโลก ซึ่งนั่นอาจทำให้สามารถตั้งอาณานิคมบนดาวอังคารได้อย่างยั่งยืน

ที่มารูปภาพ Nature

ทั้งนี้มนุษย์เราอยากออกเดินทางไปตั้งอาณานิยมบนดาวอังคารมานานแล้ว และระหว่างนี้ก็มีการพัฒนาเทคโนโลยีและนวัตกรรมหลายอย่างที่จะพาเราไปถึงจุดนั้น อย่างบริษัทด้านอวกาศสเปซเอ็กซ์ (SpaceX) ของอีลอน มัสก์ (Elon Musk) ก็กำลังพัฒนายานอวกาศสตาร์ชิป (Starship) เพื่อขนส่งมนุษย์ไปดาวอังคาร แต่อีกหนึ่งสิ่งที่ต้องคำนึงถึงก็คือออกซิเจนสำหรับให้มนุษย์หายใจ 

สำหรับการพัฒนากระบวนการสร้างออกซิเจนนี้ องค์การนาซาก็ได้จัดตั้งโปรเจกต์ม็อกซี่ (Moxie) เพื่อสร้างออกซิเจนจากชั้นบรรยากาศอันจำกัดของดาวอังคาร แต่การค้นพบเมื่อไม่นานมานี้ที่ว่าดาวอังคารมีชั้นน้ำแข็งสะสมอยู่ ก็สร้างมุมมองใหม่ว่าเราอาจสามารถใช้น้ำแข็งเป็นวัตถุดิบในการสร้างออกซิเจนได้ ซึ่งสามารถทำให้เกิดขึ้นได้ด้วยปฏิกิริยาออกซิเดชันของน้ำไฟฟ้าเคมี ใช้พลังงานจากแสงอาทิตย์และ OER ซึ่งหากมันประสบความสำเร็จ มันก็สร้างความเป็นไปได้ที่จะตั้งอาณานิคมบนดาวอังคารได้อย่างยั่งยืน 

นักวิทยาศาสตร์ นำโดยศาสตราจารย์ โหลว ยี่ (Lou Yi), เจียง จวิน (Jiang Jun) และชาง เว่ยเว่ย (Shang Weiwei) จากมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งประเทศจีน (USTC) ได้พัฒนาหุ่นยนต์ “นักเคมี AI” ที่สามารถสังเคราะห์และปรับตัวเร่งปฏิกิริยา OER จากวัตถุดิบบนดาวอังคารได้โดยอัตโนมัติ กระบวนการคือจะเริ่มจากวิเคราะห์ส่วนประกอบทางเคมีของเป้าหมายบนดาวอังคารโดยใช้เลเซอร์สเปกโทรสโกปี (laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS)) จากนั้นจะดำเนินการปรับสภาพแร่อีกหลายขั้นตอน คือ การชั่งน้ำหนักบนจุด (Workstation) จัดการของแข็ง การเตรียมสารละลายวัตถุดิบในจุดจัดการของเหลว แยกสารประกอบออกจากของเหลวโดยใช้เครื่องเหวี่ยง และทำให้สารประกอบที่แยกออกจากกันนั้นแข็งตัวในจุดเป่า

ซึ่งก็จะได้โลหะไฮดรอกไซด์ออกมา โลหะไฮดรอกไซด์นี้จะนำไปแปรรูปด้วยกาวนาฟีน (Nafion กรดเพอร์ฟลูออโรซัลโฟนิก มักใช้ในงานเคมีไฟฟ้าเนื่องจากมีคุณสมบัติในการนำไออน) เพื่อสร้างอิเล็กโทรด จากนั้นอิเล็กโทรดจะถูกนำไปยังจุดของเคมีไฟฟ้าเพื่อทดสอบปฏิกิริยา OER ข้อมูลการทดสอบที่ได้ก็จะถูกส่งไปยังนักเคมี AI ซึ่งจะคำนวณแบบเรียลไทม์ จากนั้นจะใช้เคมีควอนตัมและการจำลองพลวัตของโมเลกุล เพื่อวิเคราะห์ไฮดรอกไซด์เอนโทรปีสูง 30,000 รายการที่มีอัตราส่วนองค์ประกอบต่างกัน ขั้นตอนต่อไปจะคำนวณตัวเร่งปฏิกิริยา OER โดยใช้ทฤษฎีฟังก์ชันความหนาแน่น จากนั้นข้อมูลการจำลองเหล่านี้จะถูกนำไปฝึกแบบจำลองโครงข่ายประสาทเทียม ซึ่งทำให้มันสามารถคาดการณ์การทำงานของตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีส่วนประกอบแตกต่างกัน

ขั้นตอนสุดท้ายคือหน่วยการประมวลผลของนักเคมี AI จะใช้การปรับให้เหมาะสมแบบเบย์ (Bayesian optimization เป็นวิธีการหาค่าที่น่าจะเหมาะที่สุด โดยอิงข้อมูลจากแบบจำลอง มักใช้ในแบบจำลองที่มีความซับซ้อน) เพื่อทำนายส่วนผสมต่าง ๆ ของวัตถุดิบบนดาวอังคาร แล้วสังเคราะห์ตัวเร่งปฏิกิริยา OER ที่เหมาะสมที่สุด ทำให้ตอนนี้นักเคมี AI ได้พัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาโดยใช้แร่ดาวอังคาร 5 ชนิด ซึ่งสามารถสร้างออกซิเจนแบบต่อเนื่องได้โดยไม่มีการย่อยสลาย มีอุณหภูมิอยู่ที่ -37 องศาเซลเซียสใกล้เคียงกับอุณหภูมิของดาวอังคาร

ที่มารูปภาพ Nature

เจียง จวิน หนึ่งในทีมวิจัยบอกว่า “ในอนาคตนักเคมี AI จะช่วยมนุษย์สร้างโรงงานผลิตออกซิเจนได้บนดาวอังคาร ความก้าวหน้าครั้งนี้ถือเป็นอีกก้าวสำคัญที่ทำให้เราเข้าใกล้ความฝันในการที่จะไปใช้ชีวิตบนดาวอังคาร”

งานวิจัยนี้ตีพิมพ์บนวารสารเนเจอร์ ซินธีซิส (Nature Synthesis) เมื่อวันที่ 13 พฤศจิกายน 2023

ที่มาข้อมูล Interestingengineering, Nature

ที่มารูปภาพ Wikipedia