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Mehrere hunderttausend Chemikalien werden mittlerweile als möglicherweise umweltschädlich betrachtet. Für die Bewertung von damit verbundenen chemischen Risiken in unseren Süßwasserökosystemen liegen jedoch nur sehr wenige Daten vor. Mithilfe von Künstlicher Intelligenz werden Forschende der federführenden RPTU gemeinsam mit der University of California diese Wissenslücken schließen. Die Carl-Zeiss-Stiftung fördert das Projekt "AI for Chemical Risk Prediction in Aquatic Environments (AI4ChemRisk)" im Rahmen des Programms „CZS Durchbrüche“ mit sechs Millionen Euro. Das Ziel: Gefahren frühzeitig sichtbar machen und damit unsere Lebensgrundlagen schützen.
AI4ChemRisk hat die durch Abwässer und Landwirtschaft verursachten Risiken der Chemikalienbelastung in unseren Süßwasserökosystemen im globalen Maßstab im Blick. Mit Hilfe von KI-Modellen will das Forschungsteam mögliche Kontaminationsprozesse vorhersagen und Handlungsspielräume aufzeigen – dort, wo Analysen durch die Vielzahl der Chemikalien, fehlende Messungen sowie komplexe Umweltbedingungen erschwert sind.
Als Schlüsseltechnologie dienen Deep-Learning-Modelle, die Anomalien in großen und komplexen Datensätzen erkennen, sowie generative Modelle, mit denen sich – unter Einbezug von multimodalen Kontextdaten und physikalischen Prinzipien – realistische Messungen simulieren lassen. Die Trainingsgrundlage für die KI bilden bereits vorhandene wissenschaftliche Daten aus chemischen und ökotoxikologischen Datenbanken. Um Anwenderinnen und Anwendern datengestützte Entscheidungen zu erleichtern, wird das Forschungsteam benutzerfreundliche Werkzeuge wie etwa Sprachschnittstellen entwickeln. Die Ansätze sind auf Bereiche wie Gesundheitswesen, Landwirtschaft und Sicherheit übertragbar und entfalten dadurch Breitenwirkung.
Informatik trifft Umweltwissenschaften
Professor Werner R. Thiel, Vizepräsident für Forschung und Innovation an der RPTU, ordnet die Bedeutung von AI4ChemRisk ein: „Das Projekt verdeutlicht, welches Potenzial in der Verbindung von Informatik und Umweltwissenschaften steckt, zwei unserer Forschungsstärken. Damit leisten wir einen Beitrag zum nachhaltigen und verantwortungsbewussten Umgang mit einer unserer wertvollsten Ressourcen, dem Süßwasser. Weiterhin steuert auch die chemische Verfahrenstechnik ihre Kompetenzen bei. Unterstützung erhalten wir von der University of California, die methodisches Spezialwissen einbringt und die Türen für eine transatlantische Zusammenarbeit öffnet, und vom DFKI mit seiner Expertise in der angewandten KI-Forschung. Unser Dank gilt der Carl-Zeiss-Stiftung, die dieses Vorhaben mit einer großzügigen Projektförderung ermöglicht.“
Projektsprecher Marius Kloft, Informatikprofessor in Kaiserslautern und Experte für Anomalieerkennung mittels Deep Learning, sagt anlässlich der Projektbewilligung: "Kaiserslautern steht für exzellente Forschung in Maschinellem Lernen und mit AI4ChemRisk zeigen wir, wie physik-informiertes Maschinelles Lernen auch bei lückenhaften und komplexen Umweltdaten präzise Vorhersagen ermöglicht. Dank des einzigartigen Datenschatzes aus den Umweltwissenschaften können wir neue Maßstäbe in der Analyse und im Management von Chemikalienrisiken in Gewässern setzen. Fruchtbare Synergien ergeben sich mit dem Potentialbereich zu Machine Learning im Rahmen der Forschungsinitiative Rheinland-Pfalz sowie zu thematisch angrenzenden Vorhaben im Bereich der koordinierten Forschung, bei denen wir ebenfalls federführend sind."
Co-Sprecher Ralf Schulz, Professor für Umweltwissenschaften in Landau und Experte für Chemikalienbelastung in aquatischen Systemen, ergänzt: „Unsere größte aktuelle Wissenslücke sind Daten zum Vorkommen von Chemikalien in der Umwelt. Aus der Verbindung von vorhandenen räumlichen und zeitlichen Umweltinformationen und generativer AI können wir nun ein ganz neues Niveau in der Vorhersage und Beurteilung relevanter Umweltchemikalien für Gewässerökosysteme und Wasserressourcen erreichen."
Weltweit aufgestellt, regional verbunden
Um die Ergebnisse von AI4ChemRisk nachfolgend in die wasserwirtschaftliche Praxis zu bringen, ist als Partner vor Ort die Stadtentwässerung Kaiserslautern in beratender Funktion eingebunden. Konkret wird sich die Stadtentwässerung einbringen, wenn es darum geht, die aus der Forschungsarbeit abgeleiteten Vorschläge zum Management der Wasserqualität umzusetzen.
Über die Carl-Zeiss-Stiftung
Die Carl-Zeiss-Stiftung hat sich zum Ziel gesetzt, Freiräume für wissenschaftliche Durchbrüche zu schaffen. Als Partner exzellenter Wissenschaft unterstützt sie sowohl Grundlagenforschung als auch anwendungsorientierte Forschung und Lehre in den MINT-Fachbereichen (Mathematik, Informatik, Naturwissenschaften und Technik). 1889 von dem Physiker und Mathematiker Ernst Abbe gegründet, ist die Carl-Zeiss-Stiftung eine der ältesten und größten privaten wissenschaftsfördernden Stiftungen in Deutschland. Sie ist alleinige Eigentümerin der Carl Zeiss AG und SCHOTT AG. Ihre Projekte werden aus den Dividendenausschüttungen der beiden Stiftungsunternehmen finanziert.
Merkmale dieser Pressemitteilung:
Journalisten
Chemie, Informationstechnik, Umwelt / Ökologie
überregional
Forschungsprojekte
Deutsch
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