Künstliche Intelligenz: Pionierarbeit in der Materialforschung und Demokratisierung durch Open-Source-Tools
Artikel jetzt als Podcast anhören
Künstliche Intelligenz (KI) hat in den letzten Jahren enorme Fortschritte gemacht und ist zu einem integralen Bestandteil vieler Technologiebereiche geworden. Unternehmen und Forscher auf der ganzen Welt konzentrieren sich auf die Entwicklung und Verbesserung von KI-Systemen, um neue Möglichkeiten in verschiedenen Feldern zu eröffnen. Insbesondere die Entdeckung neuer Materialien durch KI-Tools hat sich als revolutionär erwiesen und könnte die Art und Weise, wie wir fortschrittliche Technologien entwickeln und nutzen, grundlegend verändern.
DeepMind, eine Tochtergesellschaft von Alphabet Inc. und führend in der KI-Forschung, hat kürzlich eine bahnbrechende Methode zur Entdeckung neuer Materialien vorgestellt. In einer in der renommierten Fachzeitschrift Nature veröffentlichten Studie teilen die Autoren Amil Merchant und Ekin Dogus Cubuk ihre Entdeckung von 2,2 Millionen neuen Kristallen, die mit einer KI-Tool namens GNoME (Graph Networks for Materials Exploration) gefunden wurden. Dieses Tool nutzt tiefes Lernen, um die Stabilität neuer Materialien vorherzusagen, was für die Entwicklung neuer Technologien von entscheidender Bedeutung ist.
Die Entdeckung dieser neuen Kristalle, von denen 380.000 als stabil gelten und somit vielversprechende Kandidaten für experimentelle Synthesen darstellen, könnte die Entwicklung von Zukunftstechnologien wie Supraleitern, die Supercomputer antreiben, oder fortschrittlichen Batterien, die die Effizienz von Elektrofahrzeugen steigern, vorantreiben. GNoME hat die Anzahl der der Menschheit bekannten technologisch nutzbaren Materialien vervielfacht und zeigt das enorme Potenzial von KI-gestützten Entdeckungen in der Materialforschung auf.
Die Forschungsgemeinschaft kann auf die Vorhersagen von GNoME zugreifen, da die Datenbank mit den entdeckten Kristallen für die wissenschaftliche Gemeinschaft freigegeben wurde. Durch die Bereitstellung dieser Informationen im Materials Project, das die Verbindungen in seine Online-Datenbank aufnimmt, können Forscher weltweit die Materialien untersuchen und experimentell synthetisieren.
GNoME nutzt zwei Pipelines zur Entdeckung stabiler (energiearmer) Materialien: Die strukturelle Pipeline erzeugt Kandidaten mit Strukturen ähnlicher bekannter Kristalle, während die kompositionelle Pipeline einen eher zufälligen Ansatz auf der Basis chemischer Formeln verfolgt. Die Ergebnisse beider Pipelines werden mittels bewährter Dichtefunktionaltheorie (DFT) Berechnungen evaluiert und in die GNoME-Datenbank aufgenommen, um weitere Lernzyklen anzuleiten. Dieser Prozess des aktiven Lernens hat die Leistung von GNoME dramatisch verbessert und zeigt, wie effizient KI zur Materialentdeckung eingesetzt werden kann.
Ein weiterer Bereich, in dem offene KI-Ressourcen eine bedeutende Rolle spielen, ist das Lernen und die Anwendung von Deep Learning. Mit einer Fülle von Open-Source-Tools und Bibliotheken können Einzelpersonen und Organisationen Deep Learning-Modelle entwickeln und trainieren, ohne auf teure proprietäre Software angewiesen zu sein. Open-Source-Projekte wie TensorFlow, PyTorch und Fast.ai bieten Entwicklern und Forschern die Möglichkeit, ihre eigenen KI-Modelle zu erstellen und zu trainieren, was zu einer Demokratisierung der KI-Technologie führt.
Diese Ressourcen sind nicht nur für die Forschung von Bedeutung, sondern auch für diejenigen, die ein tieferes Verständnis für KI und Maschinelles Lernen entwickeln möchten. Von Grundkursen über Spezialisierungen bis hin zu fortgeschrittenen Themen bieten Open-Source-Ressourcen einen Einblick in die neuesten Forschungen und Entwicklungen in der KI. Webseiten wie Papers With Code sind dabei unverzichtbar, da sie die neuesten Forschungsarbeiten mit ihren Code-Implementierungen verbinden und so einen praktischen Ansatz für das Lernen und Verstehen von KI bieten.
Die Verfügbarkeit von KI-Tools und Ressourcen für die Öffentlichkeit hat zudem das Potenzial, die Entwicklung neuer Technologien zu beschleunigen. Forscher und Entwickler können auf umfangreiche Datenbanken mit vorhergesagten Materialstrukturen zugreifen und diese Informationen nutzen, um neue Materialien zu synthetisieren und zu testen, die für eine nachhaltigere Zukunft entscheidend sein könnten.
Insgesamt zeigt der Einsatz von KI in der Materialforschung und das wachsende Ökosystem an Open-Source-Ressourcen für Deep Learning, wie KI-Technologien dazu beitragen können, die Forschung voranzutreiben und neue Horizonte in verschiedenen wissenschaftlichen und technologischen Bereichen zu eröffnen. Mit der kontinuierlichen Veröffentlichung von Open-Source-Tools und der Zusammenarbeit innerhalb der KI-Community wird erwartet, dass die Fortschritte in der KI weiterhin exponentiell wachsen und zu Innovationen führen, die unser Leben und unsere Arbeit nachhaltig verändern werden.
