Neue Studie: Globale Zusammenarbeit treibt KI-gestützte Materialinnovation voran

BerlinKünstliche Intelligenz (KI) beschleunigt die Entwicklung neuer Materialien. Damit KI in der Materialforschung effektiv eingesetzt werden kann, müssen große Datenmengen geteilt und genutzt werden. Internationale Standards erleichtern diesen Prozess. Eine Gruppe internationaler Kooperationspartner hat nun eine aktualisierte Version des OPTIMADE-Standards veröffentlicht.

Neue Technologien im Bereich Energie und Nachhaltigkeit verlangen nach innovativen Materialien. Batterien, Solarzellen, LED-Lichter und biologisch abbaubare Produkte sind einige Beispiele, die auf diese Materialien angewiesen sind. Wissenschaftler weltweit arbeiten daran, neue Materialien zu entwickeln, aber es ist eine Herausforderung, sie perfekt zu gestalten. Diese Materialien sollten keine umweltschädlichen Substanzen enthalten und müssen langlebig sein.

Rickard Armiento, Professor an der Linköping Universität in Schweden, stellt fest, dass KI rasch Einzug in die Materialwissenschaft hält. Seiner Meinung nach eröffnet der Einsatz von KI zur Vorhersage von Materialeigenschaften zahlreiche neue Möglichkeiten.

Supercomputer simulieren die Bewegung von Elektronen in Materialien, um deren Eigenschaften zu verstehen. Dabei entsteht eine große Menge an Daten, die zur Schulung von maschinellen Lernmodellen genutzt werden. Diese KI-Modelle können dann die Ergebnisse neuer Simulationen und die Eigenschaften neuer Materialien vorhersagen. Allerdings wird eine erhebliche Datenmenge benötigt, um diese Modelle zu trainieren.

Große Datenbanken sammeln Informationen aus Simulationen und allgemeinen Materialdaten. Forschungsgruppen weltweit haben zahlreiche Datenbanken erstellt. Diese arbeiten oft unterschiedlich und beschreiben Eigenschaften auf verschiedene Weise. Forscher an Universitäten oder in der Industrie müssen Materialien in großem Maßstab kartieren und KI-Modelle trainieren. Dazu benötigen sie die Informationen aus diesen Datenbanken.

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Der OPTIMADE-Standard für Materialdesign wurde über einen Zeitraum von acht Jahren entwickelt. Ein internationales Konsortium aus mehr als 30 Institutionen weltweit war an diesem Projekt beteiligt. Zu den Hauptakteuren gehören bedeutende Materialdatenbanken aus Europa und den USA.

Wesentliche Merkmale des OPTIMADE-Standards umfassen:

• Einfacher Zugang zu führenden sowie weniger bekannten Materialdatenbanken.
• Präzise Darstellung verschiedener Materialeigenschaften.
• Gemeinsame, fundierte Definitionen.

Die neueste Version des Standards, v1.2, ist veröffentlicht worden. Nähere Informationen dazu finden Sie in einem Artikel der Zeitschrift Digital Discovery.

Das Projekt umfasst Teams aus der EU, dem Vereinigten Königreich, den USA, Mexiko, Japan und China. Die teilnehmenden Institutionen sind:

• École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)
• Universität von Kalifornien, Berkeley
• Universität Cambridge
• Northwestern Universität
• Duke Universität
• Paul Scherrer Institut
• Johns Hopkins Universität

Treffen und jährliche Workshops werden von CECAM in der Schweiz finanziert. Der erste Workshop wurde vom Lorentz Center in den Niederlanden unterstützt. Weitere Aktivitäten werden von Organisationen wie Psi-k, NCCR MARVEL in der Schweiz und SeRC in Schweden gefördert. Forscher in der Zusammenarbeit erhalten außerdem Unterstützung von verschiedenen Geldgebern.