In der Klimaforschung, in der Medizin oder in der Erforschung neuer Materialien für die Energiewende fallen riesige Mengen an Daten an. Ihr volles Potenzial lässt sich jedoch nur ausschöpfen, wenn die Forschung immer größere Datenmengen auch auswerten kann. Eine neue Generation von KI-Grundlagenmodellen, den sogenannten Foundation Models, soll nun eine ganze Reihe von großen Herausforderungen in der Wissenschaft angehen. Die Helmholtz-Gemeinschaft leistet Pionierarbeit auf diesem Gebiet und fördert vier Pilotprojekte und die dafür benötigte Infrastruktur mit rund 23 Millionen Euro. Zwölf Helmholtz-Zentren beteiligen sich an den Projekten, die mit Hilfe von KI radiologische Diagnosen zuverlässiger machen, das Verständnis des globalen Kohlenstoffkreislaufs verbessern, Klimamodelle auf eine neue Ebene heben und die Entwicklung einer neuen Generation von Photovoltaikmodulen beschleunigen sollen.

Warum Foundation Models?

Foundation Models sind KI-Anwendungen, die auf der Grundlage einer sehr breiten Wissensbasis in der Lage sind, eine Reihe von komplexen Problemen zu lösen. Sie sind damit deutlich leistungsstärker und flexibler als herkömmliche KI-Modelle und eignen sich somit auch für die Wissenschaft. Durch gezieltes Training mit umfangreichen Datenmengen und die Nutzung von generativer KI sind sie in der Lage, komplexe Zusammenhänge auf der Grundlage erlernter Muster zu verstehen, neue Zusammenhänge zu generieren sowie Prognosen zu erstellen. Dadurch lassen sich zum Beispiel weltweite Klimadaten stärker vernetzen oder medizinische Diagnosen fundamental verbessern.

„Wir sind davon überzeugt, dass wir mit Foundation Models die Grenzen der Wissenschaft verschieben können. Helmholtz bringt dafür nicht nur herausradenge Talente und umfassende Datensätze aus verschiedenen Forschungsbereichen, sondern auch eine einzigartige Computer-Infrastruktur zusammen“, sagt Otmar Wiestler, der Präsident der Helmholtz-Gemeinschaft.

Die Helmholtz Foundation Model Initiative (HFMI)

Ziel der auf drei Jahre angelegten Helmholtz Foundation Model Initiative (HFMI) ist es, voll funktionsfähige Modelle zu entwickeln. Dafür wurden vier Pilotprojekte ausgewählt, an denen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus zwölf Helmholtz-Zentren arbeiten. Über einen Zeitraum von drei Jahren erhalten die Projekte eine Förderung in Höhe von 11 Millionen Euro. Weitere 12 Millionen werden in den Ausbau von nötiger Infrastruktur investiert. Eine Synergy Unit forscht zudem an disziplinübergreifenden Fragestellungen, fördert den Wissensaustausch zwischen den einzelnen Projekten und übernimmt übergreifende Aktivitäten. Die geförderten Projekte sollen nicht nur einen klaren Mehrwert für die Wissenschaft bieten, sondern die finalen Ergebnisse auch als Open Source der Gesellschaft zur Verfügung stellen – vom Code über die Trainingsdaten bis hin zu den trainierten Modellen.

Prof. Dr. Martin Herold ist beteiligt am Projekt 3D-ABC: Berechnung und Visualisierung des globalen Kohlenstoffbudgets von Vegetation und Böden

Um die Folgen des weltweiten Klimawandels einzudämmen, benötigen wir fundiertes Wissen über das globale Kohlenstoffbudget, das sich aus CO2-Quellen und CO2-Speichern, wie Mooren, Wäldern oder Permafrostböden, zusammensetzt. Bislang konnten Forschende schwer beziffern, wie Veränderungen von Landflächen, Vegetationen oder Böden den Kohlenstoffkreislauf beeinflussen, da die Daten zu heterogen und verstreut waren. Das Foundation Model 3D-ABC wird Daten unterschiedlichster Quellen, wie z.B. von Satelliten, Drohnen oder lokalen CO2-Auffangstationen, zusammenbringen und modellieren. Auf diese Weise können Schlüsselparameter des globalen Kohlenstoffkreislaufs der Vegetation und der Böden mit hoher räumlicher Auflösung erfasst, quantifiziert und charakterisiert werden.

„Die Entwicklung des 3D-ABC-Grundmodells ist eine großartige Gelegenheit, die vielfältigen Kohlenstoffmessungen, die von verschiedenen HGF-Zentren durchgeführt wurden, zu sammeln, zu verarbeiten und zu integrieren. Dazu gehören Langzeitmessungen am Boden, von Drohnen und Flugzeugen bis hin zu satellitengestützten Daten, einschließlich Laserdaten und Radar – wie die Tandem-X-Mission des DLR, die Teil dieser gemeinsamen Aufgabe sein wird. Das Hauptziel ist es, all diese Daten zu kombinieren und zu sehen, wie sich das Modell auf verschiedene Anwendungsfälle bezieht“, sagt Martin Herold, Leiter der GFZ-Sektion „Fernerkundung und Geoinformatik“.

Das GFZ bringt in dieses Projekt und diese Helmholtz-Partnerschaft zusammen mit dem AWI und dem UFZ die Daten und das Wissen über den Kohlenstoffkreislauf und die Methoden zur Überwachung und Modellierung ein.

Beteiligte Helmholtz-Zentren: Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung, Forschungszentrum Jülich, Helmholtz-Zentrum Potsdam – Deutsches GeoForschungsZentrum, Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung und Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt.

Die weiteren Projekte

HClimRep: Wechselwirkungen zwischen Atmosphäre, Ozean und Meereis in einem neuartigen Klimamodell erfassen

Beteiligte Helmholtz-Zentren: Forschungszentrum Jülich, Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung, Karlsruher Institut für Technologie und Helmholtz-Zentrum Hereon.
 

„The Human Radiome Project“: 3D-Radiologiedaten zum fundamental besseren Verständnis von Anatomie und Pathologie      

Beteiligte Helmholtz-Zentren: Deutsches Krebsforschungszentrum, Deutsches Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen und Max Delbrück Center.

SOL-AI: Entwicklung und Optimierung von Photovoltaikmaterialien

Beteiligte Helmholtz-Zentren: Forschungszentrum Jülich, Karlsruher Institut für Technologie, Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie und Helmholtz-Zentrum Hereon.

Synergy Unit: Foundation Models entwickeln, bereitstellen und vernetzen

Beteiligte Forschungszentren: Deutsches Krebsforschungszentrum, Helmholtz Munich, Forschungszentrum Jülich und Max Delbrück Center.

(Basis: Pressemitteilung der Helmholtz-Gemeinschaft)

Weitere Informationen finden Sie in der Pressemitteilung der Helmholtz-Geschäftsstelle.

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