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Révolutionner la colonisation de Mars : percée de la chimie robotique basée sur l’IA dans la fabrication de catalyseurs autonomes pour la production d’oxygène

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Révolutionner la colonisation de Mars : percée de la chimie robotique basée sur l’IA dans la fabrication de catalyseurs autonomes pour la production d’oxygène
https://www.nature.com/articles/s44160-023-00424-1

Les chercheurs ont effectué des calculs théoriques et des expériences pour optimiser les météorites martiennes pour la réaction de dégagement d’oxygène (REL). Des modèles de réseaux neuronaux (NN) ont été développés pour prédire les propriétés catalytiques en fonction de la composition minérale. Grâce à l’optimisation bayésienne, la recherche identifie la composition minérale optimale qui se traduit par l’activité catalytique la plus élevée. Les résultats démontrent l’efficacité supérieure de l’optimisation bayésienne par rapport à l’optimisation locale avec des données expérimentales limitées. Ce travail apporte des informations précieuses sur la conception de catalyseurs REL utilisant des météorites martiennes, démontrant le potentiel des approches informatiques en science des matériaux.

L’étude optimise l’activité catalytique des météorites martiennes pour les REL grâce à un ensemble de calculs théoriques et d’expériences. Les modèles NN prédisent les propriétés catalytiques en fonction de la composition minérale. L’étude donne un aperçu de la conception de catalyseurs pour les REL utilisant des météorites martiennes. La caractérisation des hydroxydes à haute entropie par des simulations de dynamique moléculaire et des calculs de théorie fonctionnelle de la densité (DFT) souligne l’importance des caractéristiques structurelles et de la composition dans la détermination de l’activité des REL.

L’étude se concentre sur l’amélioration de l’activité catalytique des météorites martiennes dans les REL. L’étude combine des calculs théoriques avec des données empiriques pour y parvenir. L’étude utilise des modèles NN pour prédire les propriétés catalytiques et compare cette approche à l’optimisation locale, basée sur des données expérimentales limitées. L’objectif ultime est de fournir des informations sur la conception de catalyseurs REL efficaces utilisant des météorites martiennes pour une conversion d’énergie durable.

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Les modèles NN ont été entraînés pour prédire les propriétés catalytiques en fonction de la composition minérale des hydroxydes à haute entropie. L’optimisation bayésienne a été utilisée pour déterminer la composition minérale optimale afin de maximiser l’activité catalytique dans les REL. Des calculs théoriques, y compris l’analyse des points de grille et les calculs DFT, ont évalué l’activité REL de différentes compositions minérales. Les données expérimentales provenant d’expériences robotisées et de courbes d’activation de voltammétrie cyclique ont validé les prédictions du modèle NN et dirigé l’optimisation. Des mesures de spectroscopie d’impédance électrochimique et des tests ampérométriques ont évalué les performances électrochimiques des catalyseurs. Les chercheurs ont automatisé les caractérisations électrochimiques à l’aide du code Python écrit par le chercheur. La synthèse du catalyseur comprend :

  • Préparation de solutions de matières premières à partir de météorites martiennes
  • Ajuster le pH
  • Montage de la gâchette sur un substrat en mousse de nickel

Les chercheurs ont réussi à améliorer l’activité catalytique des météorites martiennes OER en utilisant une combinaison de calculs théoriques et de données expérimentales. Les modèles NN ont été entraînés pour prédire les propriétés catalytiques en fonction de la composition minérale des hydroxydes à haute entropie, et l’optimisation bayésienne a été utilisée pour déterminer la composition minérale optimale afin de maximiser l’activité catalytique. À l’aide de données théoriques et expérimentales, le modèle d’apprentissage automatique a produit une formule synthétique optimale pour le catalyseur, surpassant les autres méthodes. Les catalyseurs composites basés sur une composition métallique optimisée ont montré des performances OER améliorées, comme le démontrent les courbes de densité de courant en fonction du temps et les mesures électrochimiques. L’étude a également analysé quantitativement les formules de synthèse des catalyseurs et les différences dans les proportions de métaux entre eux.

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L’étude se termine en démontrant la synthèse indépendante de catalyseurs REL à partir de météorites martiennes sur Mars par un chimiste avancé en IA. Ce système indépendant effectue toutes les étapes expérimentales, de l’analyse des matières premières aux tests de performances, affichant une haute précision et une analyse intelligente pour déterminer la formule idéale. En combinant des données expérimentales et informatiques, l’optimisation in situ accélère la génération de modèles et la découverte de formules. Le protocole et le système existants promettent d’améliorer la découverte automatisée de matériaux et la synthèse chimique, et de soutenir l’occupation et l’exploration de planètes extraterrestres.


Vérifier la papier. Tout le mérite de cette recherche revient aux chercheurs de ce projet. N’oubliez pas non plus de vous inscrire Nous avons plus de 33 000 ML SubReddit, 41 000+ communautés Facebook, Chaîne Discorde, Et Courrieloù nous partageons les dernières nouvelles en matière de recherche sur l’IA, des projets intéressants en matière d’IA et bien plus encore.

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Sana Hassan, consultante stagiaire chez Marktechpost et étudiante en double diplôme à l’IIT Madras, est passionnée par l’application de la technologie et de l’IA pour relever les défis du monde réel. Avec un vif intérêt pour la résolution de problèmes pratiques, il apporte une nouvelle perspective à l’intersection entre l’IA et les solutions réelles.

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Que se passe-t-il lorsque la NASA perd les yeux sur Terre ? Nous sommes sur le point de le découvrir.

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Que se passe-t-il lorsque la NASA perd les yeux sur Terre ?  Nous sommes sur le point de le découvrir.

Au cours des prochaines années – personne ne sait exactement quand – trois satellites de la NASA, chacun aussi lourd qu’un éléphant, cesseront leurs activités.

Ils dérivent déjà et perdent peu à peu de l’altitude. Ils observent la planète depuis plus de deux décennies, bien plus longtemps que prévu, nous aidant à prévoir la météo, à gérer les incendies de forêt, à surveiller les marées noires et bien plus encore. Mais l’âge les rattrape, et bientôt ils serviront leur dernier service et entameront leur lente et définitive chute au sol.

C’est un moment que craignent les scientifiques.

Lorsque les trois orbiteurs – Terra, Aqua et Aura – seront arrêtés, une grande partie des données qu’ils collectaient les accompagnera, et les nouveaux satellites ne compenseront pas tout le ralentissement. Les chercheurs devront soit s’appuyer sur des sources alternatives qui ne répondent peut-être pas à leurs besoins spécifiques, soit rechercher des solutions alternatives pour permettre la continuité de leurs archives.

Avec certaines des données collectées par ces satellites, la situation est encore pire : aucun autre instrument ne continuera à les collecter. Dans quelques années, les belles caractéristiques qu’elle révèle de notre monde deviendront encore plus mystérieuses.

« La perte de ces données irremplaçables est tout simplement tragique », a déclaré Susan Solomon, chimiste atmosphérique au MIT. « À une époque où la planète a désespérément besoin de se concentrer sur la compréhension de la manière dont elle nous affecte et de la manière dont nous l’affectons, nous semblons être catastrophiquement endormis au volant. »

La principale zone que nous négligeons est la stratosphère, le foyer le plus important de la couche d’ozone.

À travers l’air raréfié et froid de la stratosphère, les molécules d’ozone sont constamment créées et détruites, éjectées et balayées, à mesure qu’elles interagissent avec d’autres gaz. Certains de ces gaz ont des origines naturelles ; D’autres sont là à cause de nous.

Un instrument sur Aura, une sonde à micro-ondes, nous donne notre meilleur aperçu de cet intense drame chimique, a déclaré Ross J. Salwich, un scientifique atmosphérique à l’Université du Maryland. Une fois le corona disparu, notre vision deviendra considérablement plus faible, a-t-il déclaré.

Les données provenant des sondes micro-ondes des membres ont récemment prouvé leur valeur de manière inattendue, a déclaré Salwich. Il a montré l’étendue des dommages causés à l’ozone par les feux de brousse dévastateurs en Australie fin 2019 et début 2020, et par une éruption volcanique sous-marine près des Tonga en 2022. Il a permis de montrer à quel point la pollution appauvrissant la couche d’ozone augmente dans la stratosphère à l’est. Asie de la mousson d’été dans la région.

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Si la connexion Internet n’est pas coupée aussi rapidement, l’appareil audio pourrait également aider à résoudre un grand mystère, a déclaré Salwich. « L’épaisseur de la couche d’ozone au-dessus des zones peuplées de l’hémisphère Nord est restée pratiquement inchangée au cours de la dernière décennie », a-t-il déclaré. « Il devrait être en train de récupérer. Et ce n’est pas le cas. »

Jack Kay, administrateur associé pour la recherche à la Division des sciences de la Terre de la NASA, a reconnu les inquiétudes des chercheurs concernant la fin de la sonde. Mais d’autres sources, y compris les instruments des satellites les plus récents, de la Station spatiale internationale et ici sur Terre, fourniront toujours une « très bonne fenêtre sur ce que fait l’atmosphère », a-t-il déclaré.

Les réalités financières obligent la NASA à prendre des « décisions difficiles », a déclaré Kay. « Ce serait génial si tout restait pour toujours ? Oui », a-t-il déclaré. Il a ajouté qu’une partie de la mission de la NASA consiste également à fournir de nouveaux outils aux scientifiques, des outils qui les aident à regarder notre monde sous un nouvel angle. mais, comme « Vous savez, si tout n’est pas pareil, vous devez faire de votre mieux. »

Pour les scientifiques qui étudient notre planète en évolution, la différence entre des données identiques ou presque identiques peut être significative. Ils peuvent penser qu’ils comprennent comment quelque chose se développe. Mais ce n’est qu’en le surveillant continuellement, de manière constante et sur une longue période, qu’ils pourront être sûrs de ce qui se passe.

Même une courte interruption dans les journaux peut créer des problèmes. Supposons que la banquise s’effondre au Groenland. William B. a dit : Gale, ancien président de la Société météorologique américaine, a déclaré qu’à moins de mesurer l’élévation du niveau de la mer avant, pendant et après, on ne pouvait jamais être sûr qu’un changement soudain était provoqué par un effondrement. « Vous pouvez l’imaginer, mais vous n’avez pas de données quantitatives », a-t-il déclaré.

L’année dernière, la NASA a interrogé des scientifiques sur la façon dont la fin de Terra, Aqua et Aura affecterait leur travail. Plus de 180 d’entre eux ont répondu à l’appel.

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Dans leurs lettres, obtenues par le New York Times grâce à une demande du Freedom of Information Act, les chercheurs ont exprimé leurs inquiétudes concernant un large éventail de données provenant des satellites. Informations sur les particules trouvées dans la fumée des incendies de forêt, la poussière du désert et les panaches volcaniques. Mesures d’épaisseur des nuages. Cartes à petite échelle des forêts, prairies, zones humides et cultures du monde.

Même s’il existe des sources alternatives pour ces informations, elles peuvent être moins fréquentes, moins précises ou limitées à certaines heures de la journée, autant de facteurs qui déterminent l’utilité des données, ont écrit les scientifiques.

Liz Muir adopte une approche rapprochée pour étudier l’atmosphère terrestre : en faisant voler des instruments à travers elle, sur des avions à des altitudes beaucoup plus élevées que celles que la plupart des avions peuvent atteindre. « Je me suis lancé dans ce domaine parce qu’il est passionnant et difficile d’accès », a déclaré Muir, qui enseigne à l’Université de Chicago. « Il est difficile de construire des instruments qui fonctionnent là-bas, il est difficile d’effectuer des mesures et il est difficile d’envoyer des avions là-bas. »

Elle a dit que ce serait plus difficile une fois le corona disparu.

Les avions peuvent échantillonner directement la chimie atmosphérique, mais pour comprendre la situation dans son ensemble, les scientifiques doivent encore combiner les mesures des avions avec les lectures des satellites, a déclaré Muir. « Sans satellites, nous prenons des instantanés sans contexte », a-t-elle déclaré.

Une grande partie des recherches de Muir se concentrent sur de minces nuages ​​de glace qui se forment entre 9 et 12 milles au-dessus de la surface de la Terre, dans l’une des couches les plus mystérieuses de l’atmosphère. Ces nuages ​​contribuent à augmenter la température de la planète, et les scientifiques tentent toujours de comprendre comment le changement climatique d’origine humaine les affectera.

« Il semble que nous allons arrêter de surveiller cette partie de l’atmosphère, exactement au moment où elle change », a déclaré Muir.

La fin de Terra et Aqua affectera la façon dont nous surveillons un autre facteur important de notre climat : la quantité de rayonnement solaire que la planète reçoit, absorbe et rebondit dans l’espace. L’équilibre entre ces quantités – ou plutôt le déséquilibre – détermine le degré de réchauffement ou de refroidissement de la Terre. Pour comprendre cela, les scientifiques s’appuient sur les instruments cloud de la NASA et sur le système d’énergie radiante de la Terre, ou CERES.

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Actuellement, quatre satellites volent avec des instruments CERES : Terra, Aqua et deux satellites plus récents qui approchent également de leur fin de vie. Cependant, une seule alternative est en préparation. Son espérance de vie ? cinq ans.

Norman J. a dit : « Au cours des dix prochaines années, nous passerons de quatre missions à une seule, et les autres missions auront dépassé leur apogée », a déclaré Loeb, le scientifique de la NASA qui dirige le CERES. « Pour moi, c’est vraiment préoccupant. »

De nos jours, avec l’essor de l’industrie spatiale privée et la prolifération des satellites autour de la Terre, la NASA et d’autres agences explorent une approche différente pour observer notre planète. L’avenir réside peut-être dans des instruments plus petits et plus légers, pouvant être mis en orbite à moindre coût et plus agiles qu’à l’époque de Terra, Aqua et Aura.

La National Oceanic and Atmospheric Administration développe une telle flotte pour surveiller la météo et le climat. Loeb et d’autres personnes de la NASA travaillent sur un instrument léger pour poursuivre leurs mesures du bilan énergétique de la Terre.

Mais pour que de telles technologies soient utiles, dit Loeb, elles doivent commencer à voler avant que les orbiteurs actuels ne disparaissent.

« Il faut une bonne et longue période de chevauchement pour comprendre les différences et résoudre les problèmes », a-t-il déclaré. « Sinon, il sera très difficile de faire confiance à ces mesures, si nous n’avons pas la possibilité de les prouver par rapport aux mesures existantes. »

D’une certaine manière, selon les scientifiques, c’est tout à l’honneur de la NASA que Terra, Aqua et Aura aient duré aussi longtemps. « Grâce à une combinaison d’une excellente ingénierie et d’une énorme chance, nous avons ces choses depuis 20 ans maintenant », a déclaré Walid Abdel Aty, ancien scientifique en chef de la NASA, aujourd’hui à l’Université du Colorado à Boulder.

« Nous sommes devenus accros à ces satellites. Nous sommes victimes de notre propre succès », a déclaré Al-Abdalati. « En fin de compte, la chance s’épuise. »


Cet article a été initialement publié sur New York Times.

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Simulation 2D capturant le cycle énergétique des océans

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Simulation 2D capturant le cycle énergétique des océans

&balle; La physique 17, 77

Un nouveau modèle fournit une description améliorée du flux d’énergie cinétique des océans en incluant la friction avec les côtes.

Dans les simulations 2D, les courants océaniques sont entraînés par les vents dominants et fortement influencés par les forces de Coriolis. Si la viscosité est faible, l’énergie cinétique du fluide augmente infiniment (à gauche). Avec une condition de non-glissement aux frontières, la dissipation d’énergie est plus réaliste (à droite).

Un fluide s’écoulant en deux dimensions dans un bassin carré est une mauvaise imitation de l’Atlantique Nord, mais cette configuration peut capturer des aspects importants de l’écoulement turbulent de l’océan, selon de nouvelles simulations. [1]. Les chercheurs ont découvert que leur modèle est capable de prendre en compte la dissipation de l’énergie océanique (la conversion de l’énergie cinétique en chaleur), ce qui n’était pas possible dans les simulations 2D précédentes sans ajouter… publicité Coutume Hypothèses. Selon le modèle, la friction entre l’océan et les côtes continentales génère des tourbillons capables de dissiper une grande quantité d’énergie. Les résultats suggèrent que ce modèle simple pourrait fournir plus d’informations sur le cycle énergétique de l’océan que ce que les chercheurs espéraient auparavant.

Les simulations océaniques 2D ne peuvent pas fournir des informations aussi détaillées que celles trouvées dans les simulations 3D, mais elles peuvent fournir des informations générales accessibles à de nombreux chercheurs. Les simulations conventionnelles de bassins océaniques en 2D incluent les effets des vents dominants et de la rotation de la Terre (force de Coriolis), qui déterminent ensemble le modèle de circulation à grande échelle observé dans l’Atlantique Nord et dans d’autres régions océaniques. Mais il y a un problème avec ces simulations : lorsque la viscosité est fixée à une faible valeur – proche de sa valeur proche de zéro dans l’environnement réel – l’énergie cinétique du fluide augmente à l’infini. Pour éviter cette fuite d’énergie, les chercheurs ajoutent un terme de dissipation aux équations pour tenir compte des effets 3D, tels que le frottement avec le fond océanique.

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L’océan dans une boîte. Les simulations ont utilisé l’approximation du niveau bêta, où la surface courbe de la Terre est supposée plate et subit une force de Coriolis qui croît linéairement avec la latitude. Le vent dominant imposé est représenté par le paramètre τ et a une valeur maximale vers l’est en haut du plan et une valeur maximale vers l’ouest en bas. La carte montre des données d’observation sur les lignes aérodynamiques (lignes) et le tourbillon (couleurs) de Programme Copernic.

Des travaux antérieurs ont suggéré une autre façon de produire une dissipation significative : imposer une condition de « sans glissement » à la limite du fluide, créant essentiellement une friction entre le fluide et la paroi. [2]. En appliquant cette idée au contexte océanique, Antoine Vinell de l’École Normale Supérieure de Lyon, France, et ses collègues ont inclus l’état de non-glissement dans des simulations haute résolution, révélant un système hautement désordonné qui élimine le besoin d’une dissipation supplémentaire. terme. L’équipe prévoit désormais d’explorer les propriétés du système turbulent et d’identifier les aspects de l’océan qui peuvent être étudiés à l’aide de leur modèle simple.

-David Ehrenstein

David Ehrenstein est rédacteur en chef de Journal de physique.

Les références

  1. L.Miller et coll.« Turbulence de tourbillon : dissipation anormale dans un modèle océanique 2D » Phys. Rév. fluide 9L051801 (2024).
  2. R. Nguyen Van Yen et coll.« Structures de dissipation d’énergie produites par les murs dans des écoulements bidimensionnels à viscosité nulle. » Phys. Rév. Lit. 106184502 (2011).

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Ariane 6 : lancement d’EXOpod Nova depuis Exolaunch

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Ariane 6 : lancement d’EXOpod Nova depuis Exolaunch
Autonomisation et soutien

03/05/2024
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La toute dernière fusée européenne sera bientôt lancée, apportant avec elle plusieurs missions spatiales, chacune avec un objectif, une destination et une équipe unique chez elle, qui les encouragera. Qu’il s’agisse de lancer de nouveaux satellites pour observer et étudier la Terre, scruter l’espace lointain ou tester de nouvelles technologies importantes en orbite, le premier vol d’Ariane 6 démontrera la polyvalence et la flexibilité de ce remarquable lanceur lourd. Lisez la suite pour tout savoir sur l’EXOpod Nova, puis voyez lequel vole en premier.

Vue d’artiste Ariane 62

De nombreuses missions seront associées à un voyage dans l’espace lors du vol inaugural d’Ariane 6, mais comment s’assurer que chaque mission sera lancée depuis la fusée au bon moment et dans la bonne direction ? La coordination de ces tâches incombe aux déployeurs de satellites, qui sont chargés de lancer les satellites en temps opportun.

L’un de ces systèmes de déploiement volant sur Ariane 6 provient d’Exolaunch, basé à Berlin, un fournisseur mondial de services de lancement, de gestion de mission, d’intégration de satellites et de matériel de déploiement qui a déployé avec succès plus de 360 ​​satellites dans 25 missions à ce jour.

Distributeur EXOpod Nova

Pour le premier vol historique d’Ariane 6, la société EXopod Le distributeur Nova transportera quatre CubeSats dans l’espace. L’EXOpod Nova, de la taille d’un petit bagage à main, sera placé sur l’adaptateur de charge utile de l’étage supérieur d’Ariane 6. Fabriqué en aluminium durable et léger, ce déployeur peut contenir en toute sécurité jusqu’à 16 CubeSats, tandis que le déployeur lui-même pèse. moins de 14 kg sans lui.

La société berlinoise Exolaunch pilotera l’EXOpod Nova lors du vol inaugural de la sonde Ariane 6. Crédit : Exolaunch.

Dans le but de s’adapter à tous les types de CubeSats, y compris ceux au-delà des dimensions standard, l’EXOpod Nova est conçu pour la polyvalence. Nadine Smolka, directrice de la mission Exolaunch, souligne l’engagement de l’entreprise à repousser les limites de la conception de satellites, en déclarant : « Notre objectif est de révolutionner l’industrie et de permettre à nos clients d’explorer plus facilement les limites de la conception de leurs satellites. »

Ariane 6 volera avec la version EXOpod Nova de 16 unités dans une configuration « S3 » à trois portes, laissant suffisamment d’espace pour placer quatre satellites. L’éditeur est intuitif et facile à utiliser de par sa conception. Les portes de l’EXOpod Nova s’ouvrent en réponse au signal envoyé depuis la rampe de lancement d’Ariane 6, suivi du mécanisme de propulsion qui lance les satellites sur leurs orbites.

Construit à Berlin

Le siège social et les installations d’intégration d’Exolaunch sont situés à Berlin, où les quatre CubeSats seront intégrés dans EXOpod Nova. Une fois terminé, le module embarquera pour un voyage transatlantique vers un port spatial en Europe, où il se connectera à l’adaptateur de charge utile d’Ariane 6. Nadine et d’autres membres de l’équipe Exolaunch superviseront la connexion physique et effectueront des tests rigoureux pour garantir une fonctionnalité sans faille avant le décollage. .

EXOpod Nova au siège social et dans les installations d’intégration d’Exolaunch à Berlin. Crédit : Xolansh

Soulignant leur engagement en faveur du contrôle qualité, Nadine déclare : « Pour l’intégration, et de manière générale chez Exolaunch, nous travaillons selon le principe « deux esprits, quatre yeux » pour assurer le contrôle qualité – un deuxième coéquipier pour assurer le succès de tous les processus vitaux.

En tant qu’entreprise allemande profondément enracinée dans les vols spatiaux, Exolaunch est fière de son héritage européen et envisage un secteur spatial européen florissant. Nadine conclut : « Nous souhaitons voir l’espace européen prospérer, c’est pourquoi nous sommes très heureux de voir le lancement d’Ariane 6 et honorés d’être à bord pour fournir un accès indépendant à l’espace à nos clients. »

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