إذا البشر "المهاجرين ستار" في المستقبل، ثم المريخ سيكون بلا شك الهدف الأول. وادي السليكون "الرجل الحديدي" اندي هيرون المسك قد "استعمار المريخ"، والهدف، وخطط لبناء مدينة مكتفية ذاتيا على سطح المريخ.

ومع ذلك، مجموعة متنوعة من المواد الضرورية للحياة البشرية، من الاوكسجين والوقود الى المواد الغذائية والأدوية، كلها تعتمد على صاروخ النقل من الأرض ليست واقعية، وحتى إذا استمرت سبيس اكس الصواريخ القدرة الاستيعابية لزيادة. ومع ذلك، البروفيسور يانغ جامعة لى دونغ كاليفورنيا، بيركلي، ولها وخطة أكثر على المدى الطويل وبسيطة تساعد أو "برنامج الهجرة المريخ"، وهو تاريخ مبكر.

وخلال العقد الماضي، كان الباحثون مختبر لى دونغ يانغ دراسة ميكروب والمواد غير البيولوجية هو مزيج من "الدورة الدموية". لا يمكن للنظام امتصاص الطاقة الشمسية وثاني أكسيد الكربون والماء إلى الجزيئات العضوية كمكونات أساسية - والذي يعرف أيضا باسم "التمثيل الضوئي الاصطناعي". في عام 2015، لى دونغ يانغ مختبر نجحت في تطوير الجيل الأول من "التمثيل الضوئي الاصطناعي" النظام، في الأيام الأخيرة، وقدم أكثر ممتازة "الإصدار 2.0".

إدخال لى دونغ يانغ، أسلاك السيليكون في النظام الهوائي مثل في الطبيعة - مثل الألواح الشمسية لأنها التقاط فوتونات الطاقة الشمسية. ويمكن لهذه أسلاك السيليكون ثم تولد الإلكترونات، ويوفر لمرفق الميكروبي. وأخيرا، فإن الكائنات الحية الدقيقة على امتصاص ثاني أكسيد الكربون، تفاعل كيميائي، وإنتاج خلات.

ورقة على الدراسة التي نشرت في دورية الجول 31 مارس، ولى دونغ يانغ "التمثيل الضوئي الاصطناعي نظام الإصدار 2.0" خلقت رقما قياسيا جديدا كفاءة التحويل: لمدة تصل إلى الساعة لمدة أسبوع، لمدة تصل إلى 3.6 من امتصاص الطاقة الشمسية كفاءة التحويل، والطاقة الشمسية لاستكمال تحويل الطاقة الكيميائية، وتخزينها في النهاية في شكل خلات. وبالإضافة إلى ذلك، تنتج أيضا الأكسجين.

DeepTech مقابلتهم خصيصا البروفيسور يانغ لى دونغ لمعرفة المزيد عن القصة وراء هذا البحث، فضلا عن خططه المستقبلية.

FIG | "نظام التمثيل الضوئي الاصطناعي الإصدار 2.0،": القبض على ثاني أكسيد الكربون من الجو وتحويله إلى العضوية جهاز العملية؛ وترك مساحة في النظام بالتزامن مع الكائنات الحية الدقيقة وأسلاك، حيث سيتم تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى حمض الملح، هو الفضاء توليد الأوكسجين المناسب (المصدر: يانغ لى دونغ / جامعة كاليفورنيا في بيركلي)

طبيعة عامة، مثل "الدورة الدموية الحيوية."

"96 من جميع جو ثاني أكسيد الكربون من المريخ"، وقال لى دونغ يانغ، "ونظامنا لامتصاص الطاقة الشمسية عن طريق أسلاك السيليكون أشباه الموصلات، ويمررها إلى الكائنات الحية الدقيقة أسلاك متناهية الصغر لتفاعل كيميائي".

لمهمة الفضاء، والناس بحاجة للنظر في وزن حمولة من المشكلة، ومزايا النظم البيولوجية هو أن "وسعهم الذاتي تكرار". حتى أن الناس لا يجب أن تعتمد على الصواريخ لإطلاق شيء أكثر من ذلك، لذلك هذا هو ما "/ النظام غير الحيوي الترابط الحيوي و" ميزة جذابة. حتى من دون النظر في الهجرة بين النجوم، والتي على الأرض يمكن أن تساعد في حل نقص الطاقة والاحتباس الحراري الناجم عن مشكلة انبعاثات غاز ثاني أكسيد الكربون.

"وبالإضافة إلى الشمس، لدينا نظام التمثيل الضوئي الاصطناعي يحتاج فقط مادة أخرى - الماء"، وقال لى دونغ يانغ "، والقمم الجليدية القطبية على سطح المريخ والأرض وفيرة نسبيا في معظم أنحاء الكرة الأرضية ومن المرجح أن تجميد عدد كبير من من الماء ". وبالمثل، كوكبنا هناك أكثر من وتغطي 70 في المئة من المياه.

يمكن تصميمه مختبر "التمثيل الضوئي الاصطناعي" نظام أسلاك أشباه الموصلات السيليكون استخدام الانزيمات الخاصة بهم وثاني أكسيد الكربون في الكائنات الحية الدقيقة محددة المنتج الكربون الجمع بين عدة لتحقيق الانتقال من الطاقة الشمسية إلى طاقة كيميائية. في عام 2015 تم نشر النظام أولا، وتسبب قلقا واسع النطاق. ولكن بعد ذلك، والكفاءة تحولها منخفضة نسبيا، فقط 0.4.

"الجيل الأول هو أساسا من مفهوم ثبت من تصميمنا هو ممكن". وأعرب لى دونغ يانغ. وفي وقت لاحق وخلال السنوات الخمس الماضية، ومواصلة تحسين ذلك، حتى الآن زيادة إلى 3.6 - وهي قريبة من غاز ثاني أكسيد الكربون الطبيعي سيتم تحويلها إلى السكر وغيرها من المواد "بطل" كفاءة التحويل من قصب السكر، و 4 إلى 5. "أنه يكلفنا الكثير من التفكير، وربما شهدت خريج 3،4 الموجة."

بسبب الوقت الميكروبات قد نجا، وطلب هذا DeepTech بشأن استقرار واستمرارية النظام للى دونغ يانغ، وأوضح: "الكائنات الدقيقة الذاتي تكرار قوية جدا، وكثيرا جدا كعامل محفز لتحويل فترة من الزمن. بعد عدد سيموتون، ولكن بعد الدفعة الثانية سوف تولد. سيكون من عملية التجديد الذاتي، وبالتالي فإن متانة النظام لا توجد مشكلة. "

وبالإضافة إلى ذلك، وقال أيضا: محتويات مختبرات يفعلون ذلك بمثابة أنظمة "ثابت" (الدفعة مفاعل) لتنفيذ مجموعة متنوعة من التطوير والاختبار، ولكن في الواقع، فإن شكله النهائي التطبيق يكون مثل الطبيعة مثل دورة مصنع لتشكيل "دورة ديناميكية" (تدفق مفاعل).

FIG | الكائنات الدقيقة - صورة SEM من نظام ملزم أسلاك متناهية الصغر: في بيئة درجة الحموضة المثلى، ملفوفة بإحكام الكائنات الحية الدقيقة أسلاك، وهذا يجعل المكتظ أكثر كفاءة تحويلها إلى سندات الكربون (الطاقة الشمسية المصدر: لى دونغ يانغ)

كما نسخة من "التمثيل الضوئي الاصطناعي" نظام 2.0، ركز مختبر لى دونغ يانغ على واجهة بين الميكروب وأقطاب أسلاك متناهية الصغر تمت دراستها والأمثل.

وقد شغل أقرب محاولة المزيد من الكائنات الحية الدقيقة لتحسين كفاءة أسلاك متناهية الصغر، وعندما يكون نقل الإلكترون إلى الكائنات الحية الدقيقة مباشرة من أسلاك التفاعل الكيميائي، أسلاك منفصلة من الكائنات الحية الدقيقة، وبالتالي تدمير الدوائر. بعد التجارب المتكررة، وجدوا أن هذه الكائنات الدقيقة تقلل من حموضة المياه المحيطة بها في عملية توليد حامض الخليك، مما أدى إلى انفصالهما وأسلاك.

لى دونغ يانغ وطلابه تجد في نهاية المطاف وسيلة للسيطرة على البيئة في حموضة المياه، مما عوض تأثير الاستمرار في إنتاج ارتفاع قيمة الرقم الهيدروجيني حمض الخليك. هذا يعطيهم عددا أكبر من الميكروبات يمكن ان توضع في أسلاك لتحسين كفاءة تحويل ما يقرب من 10 مرات. دون حالة الكائنات الحية الدقيقة التكميلية لاحقة، يمكن أن يكون النظام مستقر وكفاءة الأسبوع تفاعل اختزال ثاني أكسيد الكربون.

وصلت الطاقة كفاءة التحويل تحت التعرض المستمر لأشعة الشمس، "نظام التمثيل الضوئي الاصطناعي الإصدار 2.0" في المتوسط "خلات الطاقة الشمسية" لمدة أسبوع بنسبة 3.6، في الوقت نفسه، قد يتم التوصل إنتاج حمض الخليك يوميا في الأسبوع 44.3 غرام / M2 (أو 0.3 جم / لتر). وبالإضافة إلى ذلك، فإنها أكدت النظائر وضع العلامات رد فعل عنصر موضع الكربون، مع وجود الظلام تظهر التجارب التحكم: المصدر الوحيد للطاقة هو تحويل الطاقة من غاز ثاني أكسيد الكربون.

جزيئات خلات لدت كجزء من سلسلة من الجزيئات العضوية، بما في ذلك الوقود والبلاستيك والأدوية. وفي الوقت نفسه، العديد من المنتجات العضوية الأخرى يمكن أيضا أن تكون مصنوعة من الكائنات المعدلة وراثيا خلات، مثل البكتيريا أو الخميرة. وبالإضافة إلى ذلك، ومختبر لى دونغ يانغ تدرس أيضا استخدام الطاقة الشمسية وثاني أكسيد الكربون لإنتاج السكريات والكربوهيدرات النظم، والذي يمكن أن تحل مشكلة الغذاء سوف الهجرة أبعد ما بين النجوم.

الأكسجين هو فائدة جانبية، قد يكون قادرا على خلق التناظرية الإنسان من 21 من الأوكسجين بيئة الأرض يوفر مساعدة على سطح المريخ.

"وباختصار، فإن نظام يشبه هوائي أسلاك السيليكون في الطبيعة - مثل الألواح الشمسية التي تلتقط أشعة الشمس تليها الفوتون ولدت أسلاك السيليكون الإلكترون، المرفق الجراثيم ويوفر لآخر، والكائنات الحية الدقيقة على امتصاص ثاني أكسيد الكربون. تفاعل كيميائي، وإنتاج خلات. وقال يانغ لى دونغ ".

وتركز البحث على "الأصلي"، فإن النتائج من تراكم

وقد تم تطوير "نظام التمثيل الضوئي الاصطناعي" حتى الآن، ولتحقيق مثل هذه النتائج مثيرة للإعجاب، وذلك بفضل لى دونغ يانغ المعرفة التي تراكمت على مر السنين في العديد من المجالات، وكذلك الغنية "الأصلي" التفكير تصميمها.

كشركة رائدة في مجال النانو الأسلاك، لى دونغ يانغ في وقت مبكر قبل 25 عاما عندما جامعة هارفارد درجة الدكتوراه، ومعلمه على - أكاديمية المستشفيات الأمريكية، نانو عالم تشارلز ليبر من جامعة هارفارد معا، وقد وضعت طابع فريد أسلاك أشباه الموصلات.

هذا هو خط رفيع جدا من السيليكون، واحد في المئة فقط من قطر الإنسان الشعر، التي يمكن استخدامها للحصول على الطاقة الحرارية والطاقة الضوئية إلى طاقة كهربائية، أو كعنصر الإلكتروني إلى أجهزة الاستشعار الميدانية والخلايا الشمسية. على نطاق أوسع إمكانية تطبيق ضخمة.

في عام 2001، يتم تسمية الإلكترونيات أشباه الموصلات أسلاك متناهية الصغر "العلم" مجلة باسم اختراق العشرة الأوائل. وبالإضافة إلى ذلك، كانت التكنولوجيا في عام 2004 "MIT تقنية مراجعة" باسم "تأثير على مستقبل التكنولوجيا اختراق العشرة الأوائل" واحد. في عام 2006، والبحوث "الطبيعة" مجلة أشباه الموصلات أسلاك متناهية الصغر باعتبارها واحدة من التركيز على البحوث عشر للفيزياء.

تسمح نتائج البحث أيضا لى دونغ يانغ أصبح واحدا من كبار علماء المواد في العالم. في عام 2011 تومسون رويترز (طومسون رويترز) نشرت في العقد الأول من القرن 21 مواد العالمية العلماء والكيميائيين البيانات "توب 100"، والحق في مرتبة وفقا لتأثيرها على مختلف نتائج البحوث المنشورة. لى دونغ يانغ المرتبة الأولى في قائمة العلماء المواد والكيميائيين وبين أعلى 10 في القائمة (التأثير الأول كان معلمه، الصيدلي تشارلز ليبر).

الخريطة | طومسون رويترز "جلوبل 100 المواد العلماء" قائمة قطة (المصدر: ScienceWatch)

بعد أسلاك المتقدمة، وجاء لى دونغ يانغ الى جامعة كاليفورنيا، بيركلي، شرعت في أسلاك الضوئية والبحوث أسلاك متناهية الصغر الخلايا الشمسية من. كان مع تطور الفن، مثل الهندسة الوراثية، وأجهزة الاستشعار، وخلايا الوقود وغيرها من المواد الفنية الحيوية المختلطة وملزمة أحيائية قلقا واسع النطاق. وفي وقت لاحق، فإن الأوساط البحثية نظر في تخفيض لتحقيق كفاءة استخدام ثاني أكسيد الكربون المرحلة المائية الميكروبية.

بعد عام 2010، وبدأ لى دونغ يانغ البحث على الكائنات الحية الدقيقة "التمثيل الضوئي الاصطناعي" واجهة المادية غير البيولوجية. منذ أسلاك أشباه الموصلات لخلق مزايا، إلى جانب عمق تعلمه والاستثمار في مجالات الكيمياء وعلم الأحياء المجهرية، كانت مختبرات الأبحاث لى دونغ يانغ في مجال التمثيل الضوئي الاصطناعي رائدة على مستوى العالم.

"هذا هو مجال نسبيا" أقلية صغيرة "من"، وقال لى دونغ يانغ، "لأنه يتطلب الانضباط من فترة كبيرة نسبيا، والشروط المطلوبة للبحث العلمي وتراكم التكنولوجيا مرتفعة نسبيا، وليس العديد من المختبرات يمكن أن تفعل هذه الخطوة."

ولكن "أقلية صغيرة" لا يعني أن أهمية البحث في هذا المجال ليست كافية. سبتمبر 2018، أصدرت وكالة ناسا الفضائية ل"تحويل ثاني أكسيد الكربون التحدي": 1000000 $ من أموال الجائزة، الأمل في أن طريقة جديدة لتحويل المشاركين غاز ثاني أكسيد الكربون يمكن العثور عليها، وتحويلها إلى مركبات مفيدة مثل الجلوكوز. إرادة جائزة NASA خمسة فرق، كل فريق يتلقى 50،000 $، تم الإعلان عن النتائج في أبريل 2019. بعد ذلك، فإن الفرق المختارة يدخل المرحلة الثانية - بناء نظام التحويل والعرض. المرحلة الثانية من منحة لتصل إلى 750،000 $.

كما هو متوقع، لى دونغ يانغ فريق البحوث المختبرية دخلت بنجاح المرحلة الأولى من "النهائي 5 قوية." "إننا نجري المرحلة الثانية من التحديات الراهنة". وأضاف: "ومع ذلك، فإن التحدي المتمثل في وكالة ناسا وهنا نحن نتحدث عن نظام التمثيل الضوئي الاصطناعي ليست هي نفسها كما اتجاهه هو المحفز غير العضوية، وهنا نحن نتحدث عن عملية التمثيل الضوئي الاصطناعي يستخدم النظام حافزا البيولوجي. بالإضافة إلى ذلك، العديد من الطلاب في مختبري به الاتجاه غير العضوية الحفاز ".

لى دونغ يانغ نطاق المختبر كبير، خريج الحالية وطلاب الدكتوراه والباحثين ما بعد الدكتوراه حول القراءة أكثر من 150 شخصا. وقال "ما يقرب من نصف الطلاب الصينيين، والباقي إلى الولايات المتحدة وكوريا الجنوبية، ومعظمهم من الطلاب".

خريطة | لى دونغ يانغ وطلابه (المصدر: لى دونغ يانغ)

لدراسة المواقف، تعهد لى دونغ يانغ أن "أصالة" لا تتبع الحشد، عمياء للسعي من "اتجاه البحث" غير مرغوب فيه.

منذ عام 2020، أصدرت وزارة التعليم الصينية وثيقة لكسر "فقط على SCI" النظام الجامعي المحلي، والتي كما طلب DeepTech "أطروحة أعلى النفوذ" وجهات نظر لى دونغ يانغ. وقال "نشرت مقالا ليس فقط مؤشر السعي، وهو موقف طبيعي، ينبغي أن يسمح للباحثين لوقف وإجراء البحوث، لذلك كان هذا القرار الحق". وفي مجال المواد، على سبيل المثال، البحث هو أيضا "اتجاه الريح"، و.

"على سبيل المثال، والمواد أشباه الموصلات أسلاك متناهية الصغر حيث بدأت، ثم وهذا هو الجرافين وغيرها من المواد ثنائية الأبعاد." وقال: "البحث ديه الحرارة ليست كاذبة، ولكن لا يمكن للباحثين تتبع بشكل أعمى هذا الاتجاه، لفهم أصالته في مجال ما هي المساهمة نعم. دعونا نقول لكم رؤية باحث، لا يمكن أن تتفاعل في غضون 30 ثانية ما هو عمله التمثيلي أنه يدل على أن هناك مشكلة ".

ولذلك، فإن "التخلص من SCI أولا" هو الصحيح. ولكن يجب التأكيد على أن "كل فرد يجب أن يكون ممثل الأصلي للعمل." وبالإضافة إلى ذلك، للباحثين الشباب، كل شخص لديه فرصة له لتحديد الاتجاه وعصا لأنه من الممكن دائما لتحقيق النجاح. "كثير من الشباب يخشون من الحشد، إلا أن الدخول في بعض الشيء شعبية. لذلك من الطبيعي أن يكون هناك في وقت مبكر من ذلك اليوم" قال لى دونغ يانغ.

للخطة المقبلة، وقال لى دونغ يانغ ان مختبره نواصل البحث عن سبل لتحسين كفاءة التحويل. في نفس الوقت، وأيضا لاستكشاف تكنولوجيا الهندسة الوراثية، والميكروبات تصبح أكثر "تنوعا"، يمكن أن تنتج مجموعة متنوعة من المركبات العضوية.

وحول التطبيق العملي، وقال: "هذا البحث لا نهاية لها، وبطبيعة الحال، والناس يريدون دائما أن تعرف متى نرى بعض التطبيقات العملية رؤية شاملة لعمل العشر القادمة إلى عشرين سنة، ويمكن تحقيق .."