Universität Kassel und HZB gründen Joint Lab zur Nutzung künstlicher Intelligenz
Blick in die Experimentierhalle von BESSY II am Helmholtz-Zentrum Berlin. An zirka 50 Strahlrohren führen Forschende Experimente durch. Diese Daten mithilfe von künstlicher Intelligenz effizienter auszuwerten, ist Ziel der Kooperation zwischen Universität Kassel und dem HZB. © HZB/M. Setzpfand
Die Universität Kassel und das Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) richten ein gemeinsames Labor für die Nutzung künstlicher Intelligenz ein, um neue experimentelle Methoden weiterzuentwickeln und die Datenauswertung von Experimenten an BESSY II deutlich zu verbessern.
Jedes Jahr kommen fast 3000 Nutzergruppen aus der ganzen Welt an den Elektronenspeicherring BESSY II, um verschiedenste Materialien mit dem brillanten Röntgenlicht zu untersuchen. „Bei der Erforschung aktueller wissenschaftlicher Fragestellungen, beispielsweise an BESSY II, fallen derart viele Daten an, dass sie mit herkömmlichen Analyseprogrammen nur noch schwer ausgewertet werden können. Im Joint Lab werden dafür Methoden der künstlichen Intelligenz entwickelt und eingesetzt. Diese Methoden sollen es darüber hinaus ermöglichen, auch in anderen naturwissenschaftlich-technischen Bereichen völlig neue Versuchsszenarien zu denken, die in der Vergangenheit als nicht auswertbar erschienen“, sagt Prof. Dr. Arno Ehresmann. Er ist Vizepräsident an der Universität Kassel und dort unter anderem zuständig für den Bereich Forschungsförderung.
Das HZB und die Universität Kassel haben kürzlich einen Kooperationsvertrag zum Aufbau des Joint Lab „Artificial Intelligence Methods for Experiment Design (AIM-ED)“, geschlossen. Ein Joint Lab ist eine in der Helmholtz-Gemeinschaft etablierte, mittel- bis langfristig angelegte Kooperationsform mit Universitäten. „Wir freuen uns, dass wir die Expertisen der Universität Kassel und des Helmholtz-Zentrums Berlin in der künstlichen Intelligenz zusammenführen können, um gemeinsam an wegweisenden Fragestellungen zu arbeiten“, schildert Prof. Ehresmann.
So wird sich das Kasseler Institut für Informationstechnik-Gestaltung (ITeG) an dem Joint Lab beteiligen. „Auch mehrere besonders forschungsstarke Arbeitsgruppen der Physik werden sich mit der Anwendung von KI-Methoden zum Design, zur Auswertung oder Optimierung von Experimenten beschäftigen, unter anderem im Rahmen eines DFG-Sonderforschungsbereichs“, sagt Prof. Ehresmann. Ebenfalls beteiligt sein wird das Fachgebiet Intelligent Embedded Systems unter der Leitung von Prof. Dr. Bernhard Sick, der sich seit langem intensiv mit Fragen des maschinellen Lernens und der Künstlichen Intelligenz beschäftigt.
Durch das neugegründete Joint Lab gebe es viele Synergieeffekte, betont auch Dr. Gregor Hartmann, betreuender Forscher am Helmholtz-Zentrum Berlin. „Bei den Experimenten an BESSY II entstehen immense Datenmengen, wobei neben der Größe der Daten insbesondere die Komplexität und das Verständnis ihrer Entstehung entscheidend für eine gute Auswertung sind.“ Das HZB hat viel Expertise in der Strahlrohr-Entwicklung, während die Arbeitsgruppe von Prof. Ehresmann die Sicht als langjähriger BESSY II-Nutzer und Detektor-Know-how einbringt. Die breitgefächerten Methoden der künstlichen Intelligenz, die Prof. Bernhard Sicks Team abdecke, ermöglichen eine bestmögliche Auswertung der Daten. „Ich freue mich sehr auf die intensive und spannende Zusammenarbeit im Rahmen des JointLab“, sagt Hartmann.
- Optische Innovationen für Solarmodule – Was bringt den Ausbau am meisten voran?Im Jahr 2023 erzeugten Photovoltaikanlagen weltweit mehr als 5% der elektrischen Energie und die installierte Leistung verdoppelt sich alle zwei bis drei Jahre. Optische Technologien können die Effizienz von Solarmodulen weiter steigern und neue Einsatzbereiche erschließen, etwa in Form von ästhetisch ansprechenden, farbigen Solarmodulen für Fassaden. Nun geben 27 Fachleute einen umfassenden Überblick über den Stand der Forschung und eine Einschätzung, welche Innovationen besonders zielführend sind. Der Bericht, der auch für Entscheidungsträger*innen in der Forschungsförderung interessant ist, wurde von Prof. Christiane Becker und Dr. Klaus Jäger aus dem HZB koordiniert.
- Katalyseforschung mit dem Röntgenmikroskop an BESSY IIAnders als in der Schule gelernt, verändern sich manche Katalysatoren doch während der Reaktion: So zum Beispiel können bestimmte Elektrokatalysatoren ihre Struktur und Zusammensetzung während der Reaktion verändern, wenn ein elektrisches Feld anliegt. An der Berliner Röntgenquelle BESSY II gibt es mit dem Röntgenmikroskop TXM ein weltweit einzigartiges Instrument, um solche Veränderungen im Detail zu untersuchen. Die Ergebnisse helfen bei der Entwicklung von innovativen Katalysatoren für die unterschiedlichsten Anwendungen. Ein Beispiel wurde neulich in Nature Materials publiziert. Dabei ging es um die Synthese von Ammoniak aus Abfallnitraten.
- BESSY II: Magnetische „Mikroblüten“ verstärken Magnetfelder im ZentrumEine blütenförmige Struktur aus einer Nickel-Eisen-Legierung, die nur wenige Mikrometer misst, kann Magnetfelder lokal verstärken. Der Effekt lässt sich durch die Geometrie und Anzahl der „Blütenblätter“ steuern. Das magnetische Metamaterial wurde von der Gruppe um Dr. Anna Palau am Institut de Ciencia de Materials de Barcelona (ICMAB) mit Partnern aus dem CHIST-ERA MetaMagIC-Projekts entwickelt und nun an BESSY II in Zusammenarbeit mit Dr. Sergio Valencia untersucht. Die Mikroblüten ermöglichen vielfältige Anwendungen: Sie können die Empfindlichkeit magnetischer Sensoren erhöhen, die Energie für die Erzeugung lokaler Magnetfelder reduzieren, und am PEEM-Messplatz an BESSY II die Messung von Proben unter deutlich höheren Magnetfeldern ermöglichen.