La conquista di Marte è un sogno diffuso, dagli 0 ai 99 anni, da sempre. Per i più piccoli rappresenta da sempre un’avventura su cui fantasticare con gli amici, per i più grandi oggi è diventata una reale sfida, sia tecnologica, sia geopolitica. È infatti da entrambi i punti di vista che fa notizia il progetto realizzato da un team di ricercatori della University of Science and Technology of China, in collaborazione con il Deep Space Exploration Laboratory. Costruendo un “piccolo chimico robot” hanno dimostrato che il Regno di Mezzo è sempre più vicino all’essere pronto per l’occupazione e l’esplorazione di pianeti extraterrestri.
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Il problema dei catalizzatori
Pubblicata sulla rivista scientifica Nature Synthesis, la ricerca mostra come sia possibile, grazie all’intelligenza artificiale e alla robotica, risolvere il problema dell’ossigeno molecolare su Marte.
La sua mancanza, infatti, finora ci ha costretto a considerare un’utopia l’idea di stabilire una presenza umana permanente sul pianeta.
Le complessità non stanno nel produrlo: gli esperti conoscono da tempo il processo necessario, si chiama evoluzione elettrocatalitica dell’ossigeno e prevede che energia solare e catalizzatori inneschino una reazione chimica in grado di provocare la decomposizione dell’acqua.
Per ottenere l’ossigeno sfruttando questa procedura direttamente su Marte, serve fare una sorta di “check list”. La radiazione solare c’è, l’acqua anche e in abbondanza, in forma di ghiaccio, forse anche allo stato liquido. Ciò che manca all’appello sono i catalizzatori, essenziali per il processo perché in grado di promuovere e accelerare la reazione necessaria e che sarebbe altrimenti sfavorita. Farne arrivare scorte “da casa”, è impensabile, per i via dei costi elevati, ma anche della poca praticità che alla lunga “affaticherebbe” il processo. L’unica via percorribile, o per lo meno che si sta cercando di imboccare, è quella di creare catalizzatori sul posto, “cucinandoli” con ciò che si ha a portata di mano.
AI-Chemist rivoluziona lo spazio e la chimica
La produzione di ossigeno in situ è la sfida che gli scienziati cinesi annunciano di aver vinto, avendo scoperto come sintetizzare questi potenziatori di reazione, soprattutto idrossidi, sfruttando solo e soltanto le materie prime già presenti su Marte. A occuparsene, in verità, sarà un robot dotato di intelligenza artificiale in grado di sintetizzare molecole, catalizzatori compresi, in modo del tutto autonomo.
Dietro al suo nome evocativo – “AI-chemist”, quasi da gioco per ragazzi – si nasconde un dispositivo piccolo e potenzialmente di svolta per la corsa allo spazio e a Marte. Non supera le dimensioni di una piccola fotocopiatrice in modo da non necessitare di “trasporto speciale”, ma semplicemente di lander o rover di uso comune. Dentro, però, ha tutto quel che serve per effettuare esperimenti: un esercizio di minimalismo apprezzabile dato che oggi i laboratori terrestri equivalenti occupano molto più spazio.
Ogni passaggio avviene in maniera completamente automatizzata, dall’analisi della composizione dei minerali grezzi di Marte all’identificazione della formula per ottenere il catalizzatore più performante. Il processo si può dividere in due cicli, entrambi decisamente impegnativi e necessari.
Il primo, con le sue 12 fasi, sfrutta gli strumenti di chimica analitica posti all’interno del robot e prevede il pretrattamento del campione. Si tratta di una serie di operazioni preliminari, tra cui la sua pesatura e l’analisi della composizione tramite tecniche di spettroscopia di emissione atomica. È durante le 9 fasi del secondo ciclo, che entra in gioco l’AI. Serve infatti questa tecnologia per effettuare simulazioni di chimica quantistica e dinamica molecolare della sintesi delle molecole catalizzatrici e generare le strutture di tutti i catalizzatori ottenibili partendo dagli elementi presenti nel campione, valutandone anche l’attività catalizzatrice.
AI-chemist si occupa di tutto questo e prosegue sfruttando i dati ottenuti per il training di un modello di rete neurale artificiale che prevede le attività dei catalizzatori con diverse composizioni elementari. L’ultimo passaggio sfrutta l’ottimizzazione bayesiana per capire come meglio combinare i minerali marziani disponibili e sintetizzare il catalizzatore più performante catalizzatore.
Si tratta di un processo affatto banale, ma testato e verificato dal team in laboratorio. Al posto del suolo marziano, ha usato cinque meteoriti provenienti da questo sempre più “vicino” pianeta, apprendendo da quasi 30mila set di dati teorici e 243 set di dati sperimentali. AI-chemistry, al termine, ha restituito un modello predittivo che, così per lo meno stimano gli esperti, avrebbe richiesto oltre 1500 anni di lavoro da parte di generazioni e generazioni di chimici umani in carne ed ossa.
