Autonome Künstliche Intelligenz bewegt erstmals nanoskalige Moleküle

Die Ansprüche heutiger Anwendungen für Materialien, die beispielsweise in der Kommunikationstechnik zum Einsatz kommen, sind sehr hoch. Leistungsfähigkeit, Nachhaltigkeit, Platz- und Kosteneinsparung sind nur einige Schlagworte, die in diesem Zusammenhang stehen. Um diesen Ansprüchen gerecht werden zu können, ist das Design neuartiger Materialien mit spezifischen Eigenschaften unerlässlich. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus Jülich und Berlin ist es nun gelungen, Künstliche Intelligenz und Nanotechnologie zusammenzubringen, um eine Materialoberfläche auf molekularer Ebene zu strukturieren.

Was könnten der beste Freund des Menschen - der Hund - und Künstliche Intelligenz gemeinsam haben? Erstaunlicherweise scheint sowohl das Lebewesen als auch die menschengemachte Software durch die Prinzipien der klassischen Konditionierung lernen zu können. Ein Team aus Wissenschaftlern* des JARA-Partners Forschungszentrum Jülich sowie der Technischen Uni Berlin brachte nun auf ähnliche Weise einer selbstlernenden, autonomen Software-Steuerung bei, wie sie Moleküle auf Nanoskala greifen und bewegen kann. Der Künstlichen Intelligenz wurde dabei kein Lösungsweg vorgegeben, viel mehr lernte das System durch Trial-and-Error sowie durch „Belohnung“ für Erfolge und „Bestrafung“ für Misserfolge. Die Herausforderungen, die an das System gestellt wurden und werden, sind dabei höchst komplex und sehr variabel. Grund hierfür sind die Eigenschaften molekularer Systeme die höchst divers und diffizil sind. Maßgeblich an den Arbeiten beteiligt war das Peter Grünberg Institut, Quantum Nanoscience (PGI-3), geleitet von JARA-FIT Mitglied Prof. Stefan Tautz.

Der zentrale Aspekt der in der Fachzeitschrift „Science Advances“ vorgestellten Methode besteht darin, dass die komplexen Abläufe, die zur erfolgreichen Bewegung einzelner Moleküle mit einem Rastertunnelmikroskop notwendig sind, nun erstmals ohne menschliches Zutun ermittelt werden konnten. Durch den Einsatz des sogenannten autonomen Software-Agenten bietet sich die Möglichkeit, Materialien schon in ihrem molekularen Aufbau gezielt anzupassen. Zwar stellen die Untersuchungen des Expertenteams zunächst nur einen „Proof-of-Concept“ dar, die Wissenschaftler sind jedoch zuversichtlich, dass die Erkenntnisse den Weg für die robotergestützte, automatische Konstruktion funktioneller, supramolekularer Strukturen bereitet.

Weitere Informationen zur neuartigen Technologie sowie ein anschauliches Video zur Demonstration der Methode stehen auf der Website des Forschungszentrums Jülich zur Verfügung.

Originalveröffentlichung auf der Website der Science Advances.

_{* Verweis: „Alle in diesem Dokument verwendeten Bezeichnungen sind geschlechtsneutral zu verstehen. Auf eine Nennung verschiedener Varianten der Bezeichnungen wird allein aus Gründen der besseren Lesbarkeit verzichtet.“}