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.
- Batterieforschung: Alterungsprozesse operando sichtbar gemachtLithium-Knopfzellen mit Elektroden aus Nickel-Mangan-Kobalt-Oxiden (NMC) sind sehr leistungsfähig. Doch mit der Zeit lässt die Kapazität leider nach. Nun konnte ein Team erstmals mit einem zerstörungsfreien Verfahren beobachten, wie sich die Elementzusammensetzung der einzelnen Schichten in einer Knopfzelle während der Ladezyklen verändert. An der Studie, die nun im Fachjournal Small erschienen ist, waren Teams der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB), der Universität Münster sowie Forschende der Forschungsgruppe SyncLab des HZB und des Applikationslabors BLiX der Technischen Universität Berlin beteiligt. Ein Teil der Messungen fand mit einem Instrument im BLiX-Labor statt, ein weiterer Teil an der Synchrotronquelle BESSY II.
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- Grüner Wasserstoff: Käfigstruktur verwandelt sich in effizienten KatalysatorClathrate zeichnen sich durch eine komplexe Käfigstruktur aus, die auch Platz für Gast-Ionen bietet. Nun hat ein Team erstmals untersucht, wie gut sich Clathrate als Katalysatoren für die elektrolytische Wasserstoffproduktion eignen. Das Ergebnis: Effizienz und Robustheit sind sogar besser als bei den aktuell genutzten Nickel-basierten Katalysatoren. Dafür fanden sie auch eine Begründung. Messungen an BESSY II zeigten, dass sich die Proben während der katalytischen Reaktion strukturell verändern: Aus der dreidimensionalen Käfigstruktur bilden sich ultradünne Nanoblätter, die maximalen Kontakt zu aktiven Katalysezentren ermöglichen. Die Studie ist in „Angewandte Chemie“ publiziert.