Washington Eyalet Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, ay ve Mars topraklarından inşaat malzemelerinin çıkarılması için hayati önem taşıyan sıvı çözücülerin keşfine öncülük ediyor. Bu ilerleme, uzun vadeli uzay araştırmaları için gerekli yapıların ve araçların inşası açısından hayati önem taşıyor. Ekip, makine öğrenimi ve hesaplamalı modellemeyi kullanarak, uzaydaki 3D baskı uygulamaları için gerekli unsurları verimli ve çevresel açıdan sürdürülebilir bir şekilde çıkarabilen potansiyel iyonik sıvıları belirledi. Bu girişim, NASA’nın Artemis misyonunun bir parçası ve uzay görevlerinde inşaat malzemeleri için Dünya’ya olan bağımlılığın azaltılmasına yönelik önemli bir adımı temsil ediyor. Kredi bilgileri: SciTechDaily
Araştırmacılar, Ay ve Mars kayalarının tozundan temel inşaat malzemelerini çıkarmak için potansiyel olarak kullanılabilecek sıvı çözücüleri belirleme sürecini başlattılar. Bu gelişme, uzun vadeli uzay araştırmalarını mümkün kılmada çok önemli bir bileşendir.
Kullanma makine öğrenme ve hesaplamalı modelleme, Washington State Üniversitesi araştırmacıları, aydaki malzemeleri çıkarabilecek çözücüler için yaklaşık yarım düzine iyi aday buldular ve Mars 3D baskıda kullanılabilir. Raporda belirtilen çalışma Fiziksel Kimya B DergisiWSU Makine ve Malzeme Mühendisliği Okulu’nda doçent olan Soumik Banerjee tarafından yönetiliyor.
Potansiyel Çözücülerin Keşfi
İyonik sıvılar olarak adlandırılan güçlü çözücüler, sıvı haldeki tuzlardır.
Banerjee, “Makine öğrenimi çalışması bizi 20.000 fitten 1.000 fit seviyesine indirdi” dedi. “Çok sayıda iyonik sıvıyı çok hızlı bir şekilde seçmeyi başardık ve ayrıca bir solventin malzemeyi çözüp çözemeyeceğini belirleyen en önemli faktörleri bilimsel olarak anlayabildik.”
Çevre ve Verimlilik Kaygıları
Artemis misyonunun bir parçası olarak, NASABanerjee’nin çalışmasını finanse eden şirket, insanları önce aya, ardından daha derin uzaya, Mars’a ve ötesine göndermek istiyor. Ancak bu kadar uzun vadeli görevleri mümkün kılmak için astronotların, ay veya Mars toprağından çıkarılan temel unsurlardan yapılar, aletler veya parçalar yapmak için 3D baskıyı kullanarak bu dünya dışı ortamlardaki malzemeleri ve kaynakları kullanması gerekecek.
Banerjee, “Yerinde kaynak kullanımı önümüzdeki birkaç on yılda NASA için büyük bir mesele olacak” dedi. “Aksi takdirde, Dünya’dan taşımak için son derece yüksek miktarda malzemeye ihtiyacımız olurdu.”
Bu yapı malzemelerinin elde edilmesi çevre dostu ve enerji açısından verimli bir şekilde yapılmalıdır. Elementleri çıkarma yöntemi aynı zamanda ayda bulunmayan suyu da kullanamıyor.
Banerjee’nin grubunun pillerde kullanılmak üzere on yılı aşkın süredir üzerinde çalıştığı iyonik sıvılar cevap olabilir.
Her iyonik sıvı adayını laboratuvarda test etmek pahalı ve zaman alıcı olduğundan araştırmacılar yüz binlerce adayı daraltmak için makine öğrenimi ve atom düzeyinde modellemeyi kullandı. Ay ve Mars malzemelerini sindirebilen, alüminyum, magnezyum ve demir gibi önemli elementleri çıkarabilen, kendilerini yenileyebilen ve belki de yaşam desteği sağlamaya yardımcı olacak bir yan ürün olarak oksijen veya su üretebilenleri aradılar.
Çözücü Seçiminin İyileştirilmesi
Çözücülerin ihtiyaç duyacağı üstün nitelikleri belirleyen araştırmacılar, yarım düzine kadar çok güçlü aday bulmayı başardı. Başarı için önemli faktörler arasında tuzları oluşturan moleküler iyonların boyutu, iyonların birim alanı başına yük olan yüzey yük yoğunluğu ve iyonların sıvılardaki hareketliliği yer alıyordu.
Colorado Üniversitesi’ndeki araştırmacılarla çalışmak ayrı bir çalışmadaAraştırmacılar laboratuvarda birkaç iyonik sıvının bileşikleri çözme yeteneklerini test etti. Sonunda laboratuvar ölçeğinde veya pilot ölçekli bir reaktör inşa etmeyi ve iyi aday çözücüleri Ay regolit tipi malzemelerle test etmeyi umuyorlar.
Referans: “Regolitten Metal Ekstraksiyonuna Doğru: İyonik Sıvılarda Metal İyonlarının Solvasyon Yapısının ve Dinamiklerinin Teorik İncelenmesi”, Azmain F. Islam ve Soumik Banerjee, 9 Kasım 2023, Fiziksel Kimya B Dergisi.
DOI: 10.1021/acs.jpcb.3c04057
Çalışma NASA Genel Merkezi tarafından finanse edildi.