Forscher haben gerade mit KI Milliarden Atome jongliert: Es könnte die Lösung für eines unserer größten/großen Klimaprobleme sein

Ein neuartiges KI-Model zeigt, wie viel Spielraum es noch bei Hightech-Materialien zur Rettung unserer Zivilisation gibt – kennen wir die Materialien, die in 100 Jahren unsere Städte bilden? (Bildquelle: Unsplash, Madison Oren und Adobe Firefly, generative KI).

Unser aller Leben wäre ohne wundersame Materialien unmöglich: Beton, Stahl, Plastik, Gummi. Sie alle revolutionierten unsere Welt dank Ideen und Fleiß von unzähligen Forschenden.

Ihre Entwicklung kostete uns allerdings Jahrzehnte. KI stellt das gerade auf den Kopf: Sie erschafft neue Materialien, um die Welt deutlich schneller auf den Kopf zu stellen. Wir haben jetzt eine erste KI, die bisherige virtuelle Labore für Bau- und Kunststoffe übertrifft.

Aus ihrer Feder stammt bereits ein Rezept, das Großes verspricht: Die Klimakrise abmildern und den Hausbau revolutionieren.

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Digitaler und intelligenter Chemiebaukasten für Morgen

In einem Paper stellen die leitenden Wissenschaftler Aiichiro Nakano und Ken-Ichi Nomura ihre Schöpfung vor: Allegro-FM. Die KI versteht sich vereinfacht auf hoch akkurate Puzzlearbeit mit Atomen, um neue Werkstoffe zu erfinden.

Sie übertrifft den Forschern zufolge traditionell rechnende Supercomputer, die auf einige Millionen Atome zur gleichen Zeit kommen. Die KI jongliert mit mehr als 4 Milliarden auf einmal – eine Steigerung ums 1.000-Fache.

Allegro-FM ist also ein intelligenter Chemie/Physik-Simulator der nächsten Generation. Er kann 89 verschiedene chemische Elemente sowie ihre Interaktion miteinander simulieren. Bisherige Software-Simulatoren gelten eher als Spezialisten für ein Feld.

So konnten sie zum Beispiel Elemente kombinieren, die für Medikamente typischerweise bedeutsam sind – aber eben nicht zeitgleich jene für Baustoffe. Hierdurch schlossen sich exotische, mitunter bahnbrechende Kombinationen von vornherein aus. Zudem setzt Allegro-FM auf eine eigens erlernte und sich stetig weiterentwickelnde chemische Intuition.

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All diese Faktoren zusammengenommen ermöglichen Allegro-FM potenziell Werkstoffe zu entwickeln, die folgende Facetten aufweisen:

• selbstheilend
• stärker
• feuerbeständiger
• leichter
• langlebiger
• kostengünstiger und umweltschonender, mitunter sogar klimaneutral in der Herstellung

Erster Durchbruch: Beton, der Kohlenstoffdioxid speichert

Die Schöpfung von Nakano und Nomura folgte seiner chemischen Intuition zu seinem ersten Fund, der viele der obigen Versprechen erfüllt: ressourcenschonender, widerstandsfähiger und klimaneutraler Beton. Er könnte uns beim Kampf gegen die Klimakrise sehr gelegen kommen.

Immerhin gehört der Bausektor nachweislich zu den zentralen Akteuren bei der Erhitzung des Erdklimas. Rund acht Prozent der weltweiten CO₂-Emissionen entstehen bei der Herstellung von Zement, einem Kernbestandteil von Beton. Gemeinsam mit Stahl bildet er buchstäblich das Rückgrat unserer Städte.

Allegro-FM schuf die Weiterentwicklung des global verwendeten Werkstoffes durch einen vermeintlich simplen, aber technisch extrem aufwendigen Trick:

Die KI sei sich den Prozessen bei ähnlichen Fällen bewusst gewesen und dachte weiter. Denn was sich im Ablauf der Reaktionen verändert, lässt sich übertragen: Struktur, Mechanik und Thermodynamik mögen im Detail abweichen, aber die Logik dahinter bleibt erhalten. Der Prozess nennt sich Karbonatisierung.

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Der erste Schritt auf einem neuen Pfad

Allerdings steckt der neue Wunderbeton noch in den Kinderschuhen, bzw. im virtuellen Labor fest. Denn auch wenn es in Simulationen gelungen ist, den Beton zu synthetisieren, halten wir ihn längst noch nicht in Händen.
Wir wissen bisher nur: Nach Physik und Chemie sollte es möglich sein, ihn herzustellen. Aber bis Fabriken ihn großindustriell produzieren, dürften noch einige Jahre vergehen. Aber dann könnte er sogar als Material für Stromspeicher in der Tiefsee zum Einsatz kommen.

Nomura und Nakano seien aber selbst auf theoretischer Ebene noch lange nicht am Ziel: Als Nächstes sollen in Simulationen komplexere Oberflächen und dreidimensionale Geometrien folgen. Denn auch wenn Beton ein Fundament unserer Gesellschaft darstellt, kennen wir natürlich weit komplexere Werkstoffe. Hierzu zählen unter anderem Glas, Legierungen von Metallen für den Flugzeug- oder Raumschiffsbau oder nachhaltige Kunststoffe.

Erweist sich die erste Euphorie als berechtigt, stehen spezialisierte KIs eventuell vor einer rasanten Karriere: Modelle wie Allegro-FM könnten in der nahen Zukunft vielleicht zu den einflussreichsten Werkzeugen unserer Zeit aufsteigen.