码脑｜人类离移民火星又近一步，这是中国科学家在AI领域的最新成果

人工智能如何辅助科学研究？最近在火星探索方面取得突破进展的中国科学家们，给出了一个实践案例。美国《自然》杂志的这篇报道简洁地呈现了这个案例的来龙去脉。

要实现火星移民的人类梦想，水和氧气缺一不可。

不久前，科学家已经在火星上发现了地下水。正如英国利物浦大学的化学家安迪·库珀所说：“如果你考虑前往火星的挑战，你就必须使用当地材料。”要利用火星现有的资源制备出氧气，就是摆在全世界科学家面前的新挑战。

发表于《自然-合成（Nature Synthesis）》杂志的一项全新研究成果，将这个难题的解决向前推了一大步。

中国科学技术大学（以下简称中国科大）教授罗毅、江俊和副教授尚伟伟团队与中国深空探测实验室研究员张哲等合作，通过前期研制的机器化学家“小来”平台，利用火星陨石制备出实用的产氧催化剂，“生产”出氧气。这一研究成果，可以补充现有的制氧技术，更提高了维持未来载人外太空任务的可能性。机器人自主发现并研制化学品，为人类探索星空提供了一条新路。

“这是使用火星原料制备出的第一个产氧催化剂。此次研究不仅验证了人工智能技术创制新材料的超强能力，还向火星移民、星际探索等迈出了非常重要的一步。”论文共同通讯作者罗毅在接受《中国科学报》采访时表示。

“机器化学家”研制催化剂全流程示意图（中科大供图）

机器化学家“小来”看上去只有一台冰箱大小，研究团队让“小来”使用机械手臂分析了五颗陨石材料。这些陨石要么来自火星，要么是收集自地球的、与火星表面类似。交给“小来”的任务，就是从中生产出制氧所需的催化剂。

人工智能驱动的系统使用各种酸和碱来溶解、分离材料，然后分析所得的化合物。基于现有的材料，一共有376万多种可能的组合配方，如果靠人类科研团队一一实验验证需要两千多年。而在学习了 5 万多篇相关的化学论文后，“小来”首先思考并设计出一个基础配方，再通过实验不断调整配比，最终在 6 周的时间内找出了最佳配方——这种析氧反应催化剂，可以从水中释放氧气，有可能在未来的火星任务重运用。

研究团队介绍说，对于未来的火星载人探测任务来说，氧气必不可少，不论是火箭推进剂还是人类活动的生命支持系统都需要大量氧气。从长远效益的角度来说，更简单也是更具成本效益的方法，是用火星上已有的资源来制备氧气，而非从地球运送成“吨级”的材料。近期在火星上发现水存在的证据，以及对火星上陨石成分的元素组成分析，或为使用火星资源制造制氧的催化剂材料提供机遇。

“我们开发了一种具有化学大脑的机器人人工智能系统，”江俊告诉《自然》杂志。“我们的机器可以在没有人类指导的情况下利用火星矿石中的化合物。”

星际远航是全人类共同的探索目标，各国研究者都正在尝试利用地外星体的资源来解决其中的基本问题——氧气与水。在中国科学家的这项研究突破发表之前，走得最远的是 NASA。

NASA 的毅力号火星车于 2021 年 2 月登陆火星，并成功演示了从火星空气中生产氧气，由于毅力号的功率输出不大，其火星氧气原位资源利用计划( (MOXIE) 一次只能产生几克氧气。此前研究团队发表在《科学进展》上的一篇论显示，MOXIE 在各种大气条件下数次氧气生产实验，都达到了每小时生产约 6 克氧气的目标，速度相当于地球上的一棵小树。

MOXIE 与此次中国团队的研究成果各有优势。在未来，MOXIE 的放大版本预计以几百棵树的速度生产氧气，从而支持人类居住区的相关活动。MOXIE 还可以产生足够数量的气体作为火箭燃料的氧化剂，帮助飞船返回地球。“每小时可以生产两到三公斤，”其首席研究员迈克尔·赫克特表示。“扩大规模毫无障碍。”

江俊则表示，其团队的机器人化学家还可以用于生产其他有用的催化剂，“这个机器人可以制造不同的化学品，”他说，火星并不是它唯一可以发挥作用的地方。”

“也许月球土壤是另一个方向。”江俊表示。

未来，如果人类想对火星展开深入研究，或是更进一步，去地球之外的星球生存，在火星制氧只是其中的第一步。如何利用火星乃至其他地外星球的各种资源，进一步向太阳系深处进发，还会有越来越多的挑战出现在人类的探索道路上。

机器人“小来”的成果提供了解决种种未知问题的全新可能性，为人类的宇宙征途提供了新的思路。希望就在不远的地方，或许人类有朝一日，会在火星这个不适宜居住的星球上建设起城市、繁衍生息。

参考资料：Zhu, Q. et al. Nature Synth. https://doi.org/10.1038/s44160-023-00424-1 (2023).http://www.news.cn/tech/2023-11/14/c_1129973808.htm