Mithilfe von Computerverfahren und künstlicher Intelligenz (KI) große Datenmengen analysieren und Prozesse optimieren: Das ist das Ziel zweier Forschungsprojekte der Medizinischen Universität Innsbruck und der Universität Innsbruck. Was die beiden Projekte gemeinsam haben: Sie wurden von internationalen Gutachter:innen im Zuge einer Qualitätsprüfung des Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF) als „exzellent“ gewertet und werden vom Land Tirol kofinanziert.
Wissensbasis zu KI im Ingenieurwesen
Die Entwicklung neuer Produkte kostet Ingenieur:innen viel Zeit und Geld. Künstliche Intelligenz (KI) steigert bereits in vielen Arbeitsbereichen die Produktivität. „Bei den Besonderheiten und der Komplexität der Technik stoßen die meisten KI-Modelle – große Sprachmodelle (LLMs) – noch an ihre Grenzen“, erklärt Univ.-Prof. Johannes Gerstmayr vom Institut für Mechatronik. Er leitet das FWF-Projekt KI-gestützte technische Labore zur Erweiterung des Wissens – eines der beiden vom Land Tirol kofinanzierten Forschungsvorhaben. Das Team um Gerstmayr will eine tiefe Wissensbasis für technische Problemstellungen, insbesondere in der Mechatronik, schaffen. Die Erkenntnisse sollen zu kürzeren Entwicklungszeiten, niedrigeren Kosten, besser nachvollziehbaren Entscheidungen und mehr Sicherheit durch virtuelle Tests in der Simulation führen. Aber auch Studierende profitieren vom Projekt: In der Ausbildung können sie komplexe Zusammenhänge mithilfe der Projektergebnisse in einer Simulation spielerisch erproben.
„Bei den Besonderheiten und der Komplexität der Technik stoßen die meisten KI-Modelle – große Sprachmodelle (LLMs) – noch an ihre Grenzen.“
Im ersten Schritt werden vortrainierte KI-Modelle verfeinert; dies geschieht nicht nur anhand von Texten, sondern aus dem Zusammenspiel von Beschreibungen, mathematischen Modellen und Simulationsergebnissen. Anschließend werden die KI-Modelle als KI-Agenten eingesetzt, die eigenständig handeln und Entscheidungen treffen, um komplexe technische Aufgaben zu lösen. In dieser Rolle führen KI-Agenten in virtuellen Laboren eigene Experimente durch: Sie finden offene Fragen, planen Versuche am Computer, werten die Ergebnisse aus und verbessern so Schritt für Schritt ihr Verständnis. Ein Schwerpunkt liegt auf Mehrkörpersystemen und mechatronischen Systemen mit mehreren beweglichen Teilen, etwa Roboterarmen, Maschinen oder ganzen Anlagen. „Das zentrale Element unseres Vorhabens ist die Simulation. Sie gibt dem KI-Modell Referenzwerte mit richtigem physikalischen Zusammenhang – ähnlich wie reale Experimente, sodass Fehler und Halluzinationen von Sprachmodellen klein gehalten werden können“, so Gerstmayr.
Matching Funds ist eine Kofinanzierungsmodell zwischen dem Österreichischer Wissenschaftsfonds FWF und den österreichischen Bundesländern. Landesmittel und Bundesmittel werden dazu gebündelt, um wissenschaftlich exzellente, aber sonst nicht finanzierbare Forschungsprojekte zu fördern.