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Dieser Artikel ist Teil des Schwerpunkts «Künstliche Intelligenz auf dem Vormarsch»

Künstliche Intelligenz mischt Chemie auf

Am IBM-Forschungszentrum im zürcherischen Rüschlikon werden KI-Tools entwickelt, welche Forschung und Entwicklung in der Chemie und weiteren Branchen verändern werden.

Der Ingenieur Philippe Schwaller erforscht bei IBM Research in Rüschlikon ZH, wie sich chemische Verfahren mit KI simulieren lassen. (Bild: IBM Research)

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Künstliche Intelligenz (KI) ist längst nicht mehr nur Hype, sondern hält Einzug in unseren Alltag. Für die Industrie eröffnen KI-basierte Tools neue Möglichkeiten, das weltweite Fachwissen und intern angesammeltes Know-how zu nutzen und miteinander zu verknüpfen. In Pilotprojekten können Unternehmen das Potenzial solcher Tools für sich erschliessen und die eigene Forschungs- und Entwicklungsarbeit für die Zukunft rüsten. Aber auch in anderen Bereichen kann uns KI bei wichtigen Entscheidungen unterstützen. KI-Neuland wird etwa mit dem Debater betreten, der in demokratischen Meinungsbildungsprozessen relevante Pro- und Kontra-Argumente aus der Flut von Informationen identifizieren und uns zu einer evidenzbasierten Entscheidungsgrundlage verhelfen kann. Transparenz und Vertrauenskriterien sind dabei entscheidend. Jetzt gilt es, die Chancen für Industrie und Gesellschaft mit verantwortungsvoll entwickelter KI auszuloten.

Wohl kaum eine andere Technologie bewegt die Gemüter derzeit mehr als die künstliche Intelligenz (KI). Immer noch ist KI Projektionsfläche von wahlweise hochgesteckten Erwartungen oder diffusen Ängsten. Hollywood hat sein Übriges dazu beigetragen. Die Realität ist wie so oft weniger schlagzeilenträchtig, aber nicht minder interessant.

Die KI-Forschung hat seit 2011 einen grossen Aufschwung erlebt. Nach einem langen Winter befinden wir uns jetzt in einem KI-Frühling. Bedeutende Fortschritte werden erzielt, und in einigen Bereichen ist der praktische Nutzen bereits messbar. Denn KI als nächste Entwicklungsstufe der Digitalisierung liefert uns wichtige Basistechnologien für Anwendungen im Zeitalter von Big Data.

Für die Industrie eröffnen spezialisierte KI-Anwendungen neue Horizonte. Ein Beispiel ist das Tool RXN for Chemistry, das am IBM-Forschungszentrum in Rüschlikon entwickelt wurde.

Es gibt Chemikern die Möglichkeit, ein Molekül mit verschiedenen Reaktanten einzugeben und vorherzusagen, welche chemischen Reaktionen unter welchen Reaktionsbedingungen stattfinden werden. Auch komplexe, vielstufige Synthetisierungsverfahren können so «simuliert» werden. RXN for Chemistry kann Chemikern zum Beispiel bei der Entwicklung und Herstellung von massgeschneiderten Materialien, Baustoffen oder Medikamenten helfen, um sämtliche Reaktionen über alle Verfahrensschritte hinweg zu erfassen. Das Tool, das im August 2018 eingeführt wurde, ist mit inzwischen mehr als 6500 Nutzern und über 50’000 erstellten chemischen Reaktionen bereits sehr erfolgreich.

Düfte für Millennials

Neben RXN for Chemistry entwickelt IBM Research eine Reihe weiterer KI-Systeme für den Einsatz in Forschung und Entwicklung. So wird KI auch bei der Herstellung von Duftstoffen und Aromen eingesetzt. Die IBM-Forschung arbeitet hier mit dem deutschen Duftstoffhersteller Symrise zusammen. Mithilfe des KI-Systems Philyra entwickelten Symrise-Parfümeure beispielsweise Düfte für Millennials im brasilianischen Markt.

Braucht es in Zukunft also keine Parfümeure mehr? Doch. Parfümeure sind weiterhin gefragt. Mit Tools wie Philyra erhalten sie aber neue Werkzeuge, die ihnen helfen, die ständig an Komplexität zunehmenden Aufgaben zu bewältigen und das vorhandene Fachwissen gezielt zu nutzen. Oder in den Worten des US-Chemikers Derek Lowe: «Chemiker sollten sich nicht davor fürchten, von Maschinen ersetzt zu werden, sondern von Chemikern, die mit Maschinen kooperieren.»[1]

Beim Einsatz von KI geht es in erster Linie um die Kooperation von Mensch und Maschine. Diese Zusammenarbeit ist kein Nice-to-have, sondern eine Notwendigkeit, wenn wir aus der ungeheuren Menge an Daten im digitalen Universum Sinn machen und die immer komplexer werdenden Herausforderungen unserer global vernetzten Welt meistern wollen. Alle zwei Jahre verdoppelt sich die weltweit gespeicherte Datenmenge. Für Menschen ist es unmöglich, hier den Überblick zu behalten. In jedem Feld der Wissenschaft erscheinen jährlich Tausende neuer Publikationen. Dazu kommt all das über Jahrzehnte intern in einer Organisation gesammelte Wissen. Das ist ein Riesenschatz – wenn man ihn heben kann.

Ein ebenfalls in Rüschlikon entwickeltes KI-System wertet wissenschaftliche Publikationen automatisch aus und verknüpft diese mit verwandten Inhalten. So kann das gesamte Wissen eines bestimmten Fachgebietes erfasst werden. Dank dem Tool Cognitive Discovery gelangen Forscher und Entwickler schneller zu qualitativ hochwertigeren Lösungen. Das KI-System kann dabei aufzeigen, zu welchen Fragestellungen noch nicht geforscht worden ist – wo also noch «Gold» gefunden werden kann. Entsprechend ist das Tool in verschiedenen Pilotprojekten bereits im Einsatz: In der Metallverarbeitungsindustrie werden mit Cognitive Discovery Legierungen für den Flugzeugbau entwickelt, und der italienische Energiekonzern ENI nutzt die Technologie, um das Vorkommen von Kohlenwasserstoffen zu erforschen. Er erhofft sich davon, neue Ölquellen erschliessen zu können.

Streitgespräch mit Computer

KI-Systeme können uns auch unterstützen, wenn es auf eine Frage keine eindeutige Antwort, sondern nur Pro- und Kontra-Argumente gibt. Etwa bei der Frage, ob man mit öffentlichen Geldern die Weltraumfahrt unterstützen sollte. Hier bietet das im israelischen Haifa entwickelte IBM-System Debater wertvolle Einsichten. In kürzester Zeit vermag es aus Millionen von Medienartikeln Pro- und Kontra-Argumente zu identifizieren und verfasst zu jedem Standpunkt eine kurze Rede. In einer Debatte kann es zudem auf die Argumente der gegnerischen Partei antworten.

Als nützlich könnte sich Debater etwa bei Meinungsbildungsprozessen im öffentlichen Leben erweisen. Debater ist ein sogenanntes Grand-Challenge-Forschungsprojekt. Sprich: Mit dem KI-System wird Neuland betreten. Es verschiebt die Grenzen von KI bei Spracherkennung, Textanalyse, Textverständnis, Argumentationsaufbau und Sprachausgabe. Die technologische Machbarkeit wurde im Frühjahr 2019 an der IBM-Think-Konferenz in San Francisco eindrücklich unter Beweis gestellt, als sich das KI-System ein Rededuell mit einem Debattier-Weltmeister lieferte. Nach der Debatte befand das Publikum, der Computer habe die sachlicheren Argumente geliefert, der Profi-Debattierer habe aber rhetorisch mehr überzeugt. Eine Einschätzung, die die komplementären Stärken von Mensch und Maschine einmal mehr unterstreicht.

Umfrage in Lugano

Im Rahmen des «Living Lab Project» der Stadt Lugano kam der Debater dieses Jahr erstmals auch in der Schweiz zum Einsatz. In einer Onlinebefragung konnten die Bürger von Lugano diesen August ihre Meinung darüber abgeben, ob die Entwicklung und Einführung autonomer Fahrzeuge weiter vorangetrieben werden sollte. Insgesamt gingen 2400 Freitext-Beiträge ein, aus welchen Debater die Pro- und Kontra-Argumente identifizierte und zusammenfasste. Laut Debater äusserten sich 68 Prozent der Bürger positiv zu autonomen Fahrzeugen, und 32 Prozent waren dagegen.

Aufseiten der Befürworter wurden vor allem die Reduktion von Unfällen, die Hilfe für ältere Menschen sowie der Umweltschutz als Argumente genannt. Die Gegner argumentierten, die Technologie sei unreif. Sie führe zu einem Verlust von Fahrkompetenz, Arbeitsplätze fielen weg, und die Mittel für die Entwicklung autonomer Fahrzeuge solle man lieber in die Verbesserung des öffentlichen Verkehrs stecken.

Am Ende liegt es natürlich an den gewählten Politikern, eine Entscheidung zu treffen. Dennoch zeigt das Experiment: Das KI-System vermag die Meinungsvielfalt der Gesellschaft in einer neuen Qualität abzubilden. Im demokratischen Prozess kann dies hilfreich sein, um zu einer evidenzbasierten Meinung zu gelangen.

Daten gehören den Kunden

Wie die Bespiele zeigen, ist das Innovationspotenzial von KI für den Werk- und Forschungsplatz Schweiz gross. Entscheidend ist ein verantwortungsbewusster Einsatz mit klaren Regeln und Normen. Deshalb müssen wir jetzt politisch die richtigen Rahmenbedingungen setzen. Auf der Technologieseite gilt es, vertrauenswürdige Systeme im Rahmen ethischer Richtlinien mit grösstmöglicher Transparenz zu entwickeln. Die IBM-Forschung ist hierbei Vorreiterin und entwickelt essenzielle Grundlagen.

IBM hat klare Vertrauens- und Transparenzprinzipien kommuniziert, denen das Unternehmen bei der Weiterentwicklung von KI folgt. So machen wir beispielsweise transparent, wie die KI-Systeme trainiert werden, welche Daten für KI-Trainings verwendet werden und was in die Empfehlungen des Algorithmus einfliesst. Zum Thema Ethik gehört natürlich auch der Umgang mit Kundendaten. Für IBM ist es selbstverständlich, dass die Daten dem Kunden gehören und nicht weiterverwendet werden.

Unsere Arbeit rund um diese Grundsätze floss bereits in Verordnungen ein, wie zum Beispiel die wegweisende Datenschutz-Grundverordnung der EU. Wenn wir diesen Weg fortsetzen und verantwortungsvoll handeln, kann KI einen grossen gesellschaftlichen und volkswirtschaftlichen Nutzen bringen.

  1. Making New Drugs with a Dose of Artificial Intelligence, «New York Times», 2. Mai 2019. []

Seit September 2019 Persönliche Referentin des weltweiten Forschungsdirektors von IBM, zuvor Abteilungsleiterin für KI- und Industrieforschung bei IBM Research, Zürich

Seit September 2019 Persönliche Referentin des weltweiten Forschungsdirektors von IBM, zuvor Abteilungsleiterin für KI- und Industrieforschung bei IBM Research, Zürich