Technologie

Deutsche Forscher entwickeln Künstliche Intelligenz für Materialverbindungen

Anorganische Materialien spielen eine große Rolle - beispielsweise als Grundlage für Solarzellen oder in der Halbleiter-Elektronik. Jetzt haben deutsche Wissenschaftler eine neue Entwicklung präsentiert, die es in sich hat.
01.01.2022 12:11
Lesezeit: 1 min
Deutsche Forscher entwickeln Künstliche Intelligenz für Materialverbindungen
Mathematische Formeln, die zu einem Algorithmus für Maschinelles Lernen gehören. (Foto: dpa) Foto: Sebastian Gollnow

Ein neuer Algorithmus soll dabei helfen, bislang unbekannte Materialverbindungen auszumachen. Entwickelt wurde er von einem Team von Forschern der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU), der Friedrich-Schiller-Universität Jena und der Universität Lund in Schweden. Die Forschenden konzipierten eine Künstliche Intelligenz (KI), die auf maschinellem Lernen basiert und komplexe Berechnungen binnen kürzester Zeit durchführen kann. Auf diesem Weg konnte das Team bereits mehrere Tausend neue mögliche Verbindungen am Computer beschreiben. Die Studie erschien im Fachjournal "Science Advances".

Anorganische Materialien spielen in der Industrie eine große Rolle: Sie sind zum Beispiel die Grundlage für Solarzellen oder neue Entwicklungen in der Halbleiter-Elektronik, die in technischen Geräten zum Einsatz kommt. Etwa 50.000 stabile anorganische Verbindungen sind derzeit bekannt. "Es gibt aber noch deutlich mehr, die theoretisch existieren könnten - wenn man sie künstlich herstellt", sagt der Physiker Miguel Marques von der MLU. Grundsätzlich gibt es zwei Möglichkeiten, diese noch unbekannten Materialien zu entdecken: im Labor über unzählige Experimente mit verschiedenen Substanzen oder per Simulation am Computer. Letztere Variante hat sich in den vergangenen Jahren immer mehr zum Standard entwickelt, wie Marques sagt. Aber es gebe ein Problem: "Viele bisherige Ansätze benötigen sehr viel Rechenpower und kommen nur langsam zu Ergebnissen."

Die Forschenden entwickelten deshalb ein neues Verfahren, das auf maschinellem Lernen basiert. Anstatt die kompletten Berechnungen durchzuführen, soll der Computer deren Endergebnisse vorhersagen. "Wir wollen also die Ergebnisse der Berechnungen erhalten, ohne selbst rechnen zu müssen", sagt Jonathan Schmidt von der MLU, Erst-Autor der neuen Studie. Dafür benötige man zwei Dinge, so der Physiker weiter: "Einen Algorithmus, der die gewünschte Aufgabe übernimmt, und dann noch einen Datensatz, mit dem man den Algorithmus trainieren kann." Das Team nutzte hierfür mehrere Datenbanken mit über 2,4 Millionen Verbindungen. "Die Berechnungen, die diesen Datenbanken zugrunde liegen, haben zusammengefasst eine Berechnungsdauer von 100 bis 200 Millionen Stunden", erläutert Schmidt.

Die neue KI sucht deutlich schneller als bisherige Verfahren nach neuen Materialien und soll in Zukunft auch deren elektrische und optische Eigenschaften vorhersagen. Mehrere Tausend mögliche Kandidaten konnten die Forschenden so schon ausmachen. "Natürlich müssen vielversprechende Materialkandidaten und ihre Eigenschaften experimentell bestätigt und weiter untersucht werden. Wir sind jedoch sehr zuversichtlich, dass sich die meisten unserer Vorhersagen dabei bestätigen", so Marques.

Mehr zum Thema
article:fokus_txt
DWN
Wirtschaft
Wirtschaft Arbeiten nach der Schule: Warum viele keine Ausbildung beginnen
19.07.2025

Schnell Geld verdienen statt jahrelang pauken – das klingt für viele junge Menschen verlockend. Doch wer direkt nach der Schule in den...

DWN
Politik
Politik Militär statt Frieden? Was das EU-Weißbuch 2030 wirklich bedeutet
19.07.2025

Mit dem Weißbuch „Bereitschaft 2030“ gibt die EU ihrer Sicherheitspolitik eine neue Richtung. Doch Kritiker warnen: Statt...

DWN
Politik
Politik Nordkoreas Kronprinzessin: Kim Ju-Ae rückt ins Zentrum der Macht
18.07.2025

Kim Jong-Un präsentiert die Zukunft Nordkoreas – und sie trägt Handtasche. Seine Tochter Kim Ju-Ae tritt als neue Machtfigur auf. Was...

DWN
Unternehmensporträt
Unternehmensporträt Birkenstock: Von der Orthopädie-Sandale zur globalen Luxusmarke
18.07.2025

Birkenstock hat sich vom Hersteller orthopädischer Sandalen zum weltweit gefragten Lifestyle-Unternehmen gewandelt. Basis dieses Wandels...

DWN
Politik
Politik 18. Sanktionspaket verabschiedet: EU verschärft Sanktionsdruck mit neuen Preisobergrenzen für russisches Öl
18.07.2025

Die EU verschärft ihren wirtschaftlichen Druck auf Russland: Mit einem neuen Sanktionspaket und einer Preisobergrenze für Öl trifft...

DWN
Politik
Politik China investiert Milliarden – Trump isoliert die USA
18.07.2025

China bricht alle Investitionsrekorde – und gewinnt Freunde in aller Welt. Trump setzt derweil auf Isolation durch Zölle. Wer dominiert...

DWN
Finanzen
Finanzen Energie wird unbezahlbar: Hohe Strom- und Gaskosten überfordern deutsche Haushalte
18.07.2025

Trotz sinkender Großhandelspreise für Energie bleiben die Kosten für Menschen in Deutschland hoch: Strom, Gas und Benzin reißen tiefe...

DWN
Finanzen
Finanzen Finanzen: Deutsche haben Angst um finanzielle Zukunft - Leben in Deutschland immer teurer
18.07.2025

Die Sorgen um die eigenen Finanzen sind einer Umfrage zufolge im europäischen Vergleich in Deutschland besonders hoch: Acht von zehn...