Các nhà nghiên cứu đã thực hiện những bước đầu tiên hướng tới việc tìm kiếm dung môi lỏng mà một ngày nào đó có thể giúp chiết xuất các vật liệu xây dựng quan trọng từ bụi đá trên mặt trăng và sao Hỏa, một phần quan trọng trong việc thực hiện du hành vũ trụ dài hạn.
Nguồn: Tạp chí Hóa lý B (2023). DOI: 10.1021/acs.jpcb.3c04057
Sử dụng học máy và mô hình tính toán, các nhà nghiên cứu của Đại học bang Washington đã tìm thấy khoảng nửa tá ứng cử viên sáng giá cho dung môi có thể chiết xuất vật liệu trên mặt trăng và sao Hỏa có thể sử dụng được trong in 3D. Công trình được báo cáo trên Tạp chí Hóa học Vật lý B, được dẫn dắt bởi Soumik Banerjee, phó giáo sư tại Trường Kỹ thuật Cơ khí và Vật liệu của WSU.
Các dung môi mạnh, được gọi là chất lỏng ion, là muối ở trạng thái lỏng.
Banerjee cho biết: “Công việc học máy đã đưa chúng tôi giảm từ mức 20.000 foot xuống mức 1.000 foot”. "Chúng tôi có thể chọn lọc rất nhiều chất lỏng ion rất nhanh và sau đó chúng tôi cũng có thể hiểu một cách khoa học các yếu tố quan trọng nhất quyết định liệu dung môi có thể hòa tan vật liệu hay không."
Là một phần trong sứ mệnh Artemis của mình, NASA, nơi tài trợ cho công việc của Banerjee, muốn đưa con người trở lại mặt trăng và sau đó đến không gian sâu hơn tới Sao Hỏa và xa hơn nữa. Nhưng để thực hiện được những sứ mệnh dài hạn như vậy, các phi hành gia sẽ phải sử dụng các vật liệu và tài nguyên trong môi trường ngoài Trái đất đó, sử dụng công nghệ in 3D để tạo ra các cấu trúc, công cụ hoặc bộ phận từ các yếu tố thiết yếu được chiết xuất từ đất mặt trăng hoặc sao Hỏa.
Banerjee cho biết: “Việc sử dụng tài nguyên tại chỗ là một vấn đề lớn trong vài thập kỷ tới đối với NASA”. “Nếu không, chúng ta sẽ cần một khối lượng vật liệu cực lớn để mang từ Trái đất.”
Việc mua những vật liệu xây dựng đó phải được thực hiện theo cách thân thiện với môi trường và tiết kiệm năng lượng. Phương pháp khai thác nguyên tố cũng không thể sử dụng nước, thứ không có trên mặt trăng.
Chất lỏng ion mà nhóm Banerjee đã nghiên cứu trong hơn một thập kỷ để sử dụng trong pin có thể là câu trả lời.
Tuy nhiên, việc kiểm tra từng ứng cử viên chất lỏng ion trong phòng thí nghiệm rất tốn kém và tốn thời gian, vì vậy các nhà nghiên cứu đã sử dụng máy học và mô hình hóa ở cấp độ nguyên tử để thu hẹp hàng trăm nghìn ứng cử viên. Họ tìm kiếm những thứ có thể tiêu hóa các vật liệu của mặt trăng và sao Hỏa, chiết xuất các nguyên tố quan trọng như nhôm, magiê và sắt, tự tái tạo và có thể tạo ra oxy hoặc nước như một sản phẩm phụ để giúp hỗ trợ sự sống.
Xác định được chất lượng vượt trội mà dung môi cần có, các nhà nghiên cứu đã có thể tìm thấy khoảng nửa tá ứng cử viên rất mạnh. Các yếu tố quan trọng dẫn đến thành công bao gồm kích thước của các ion phân tử tạo nên muối, mật độ điện tích bề mặt của nó, tức là điện tích trên một đơn vị diện tích của các ion và độ linh động của các ion trong chất lỏng.
Làm việc với các nhà nghiên cứu tại Đại học Colorado trong một nghiên cứu riêng được công bố trên Tạp chí Chất lỏng phân tử, các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm một số chất lỏng ion trong phòng thí nghiệm về khả năng hòa tan các hợp chất của chúng. Họ hy vọng cuối cùng sẽ xây dựng được một lò phản ứng quy mô phòng thí nghiệm hoặc quy mô thí điểm và thử nghiệm các dung môi ứng cử viên tốt bằng vật liệu loại regolith trên mặt trăng.
