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Gemaltes Wohnzimmer mit einer Weltkarte an der Wand

Mit KI einmal um die Welt: Die digitale Weltreise

Wir begeben uns gemeinsam auf eine digitale Reise um die Welt. Auf allen Kontinenten zeigen wir spannende Beispiele, bei denen der praktische Einsatz von künstlicher Intelligenz einen Unterschied macht. Begleitet uns „Stopp für Stopp“ auf unserer virtuellen KI-Tour um den Globus!

Weltkugel

Alles, was ein Mensch sich vorstellen vermag, werden andere Menschen verwirklichen können.
– Jules Verne

Das stellte der berühmte französische Schriftsteller selbst unter Beweis, indem er Menschen in seinen Büchern zum Mond fliegen, in die Tiefsee eintauchen oder in rasender Geschwindigkeit um die Welt reisen ließ. Jules Verne war ein Visionär und Entdecker, der seine Inspirationen auf der ganzen Welt suchte. Davon beflügelt, wollen wir uns auf eine virtuelle Entdeckungsreise begeben. Quasi einmal um die Welt, so wie Verne’s Protagonist Phileas Fogg.

Was es zu entdecken gilt? Die vielseitigen Möglichkeiten von künstlicher Intelligenz (KI). Denn der Einsatz von KI ist längst kein Zukunftsthema mehr. KI findet bereits statt. An ganz verschiedenen Orten.


»Dritter Stopp: Kanada

Unser Flieger landet auf dem internationalen Flughafen von Toronto. Der Trubel und die Lautstärke der Hauptstadt der kanadischen Provinz Ontario bilden das komplette Gegenteil zu Grönland ab. Abgesehen von Schnee und Kälte, die lassen dann doch etwas an die eisige Insel erinnern. Dennoch ist Toronto, direkt am Lake Ontario gelegen, eine faszinierende und die größte Stadt Kanadas.

Kaum eine andere Metropole der Welt ist so multikulturell. Hier kommen Menschen aus der ganzen Welt zusammen. Die knapp drei Millionen Einwohner*innen sprechen mehr als 160 Sprachen. Kurzum: Wo könnten wir besser ein vielfältiges Team finden, das an den drängendsten Herausforderungen unserer Zeit wie COVID-19 arbeitet?

Skyline von Toronto im Sonnenschein

KI-basierte Cloud unterstützt bei der Sequenzierung des COVID-19 Virus

Der Softwareentwickler DNAstack ist darauf spezialisiert, große Mengen an genomischen Daten (Erbgut von Lebewesen) zu sammeln und zu analysieren. Jedes menschliche Genom enthält rund 200 Gigabyte an Rohdaten. Auch ein Virus besitzt solche Genome. Zur Entwicklung eines Impfstoffes ist es notwendig, den Aufbau des Virus-Genoms zu verstehen. Das Entschlüsseln der Informationen wird als Sequenzierung bezeichnet.

Überall auf der Welt werden derzeit Informationen über COVID-19 ausgewertet. Um eine schnelle Verfügbarkeit und bessere Analyse der Daten zu gewährleisten, hat DNAstack ihr COVID-Cloud-Projekt ins Leben gerufen.

Bildschirmansicht

Die auf Microsoft Azure basierende Plattform nimmt täglich die genomischen Daten aus den internationalen Biobanken auf und verarbeitet sie einheitlich, um nachgelagerte Fehler in der Analyse zu reduzieren. Anschließend werden die Daten de Forschungsgemeinschaft wieder zur Verfügung gestellt. Dabei setzt DNAstack auf die KI von Azure, um Forscher*innen dabei zu helfen, die Qualität der Sequenzierung zu verbessern. Denn aktuelle Sequenzierungstechnologien und Algorithmen, so gut sie auch sein mögen, sind auch fehleranfällig. Sie neigen dazu, Mutationen in bestimmten Sequenzmustern zu erkennen, obwohl keine da sind. Das nennt sich technisches Rauschen. Wenn Forschende Algorithmen für biologische Unterschiede im Virus vergleichen, können sie durch dieses Rauschen getäuscht werden.

Mit Hilfe von Machine Learning sucht DNAstack in den Sequenzen nach Mustern, die repräsentativ für technisches Rauschen und nicht für echte biologische Variationen sind. Das ist ein rechenintensiver Prozess, bei dem viele Modelle notwendig sind, die mit Unmengen von Daten trainiert werden müssen. Dank Azure können die Modelle für maschinelles Lernen parallel ausgeführt und die Gesamtverarbeitungszeit auf weniger als eine Woche reduziert werden. Ansonsten würde die sequenzielle Verarbeitung aller öffentlich verfügbaren viralen Genome rund 200 Tage dauern. Wertvolle Zeit, die bei der Entwicklung von Behandlungen enorm wichtig ist. Denn auch wenn bereits die ersten Impfstoffe gegen COVID-19 genutzt werden, muss das Virus und jede Art einer potenziellen Mutation weiterhin präzise beobachtet werden.

Mehr Informationen zum Vorhaben von DNAstack und ihrer COVID-Cloud hier.

In Toronto steht erstmal ein kräftiger Schneeschauer bevor. Nach so viel Kälte wird es für uns Zeit, wärmere Regionen aufzusuchen. Und wo auf der Nordhalbkugel derzeit Winter herrscht, erwärmt sich die Südhalbkugel in der Sommersonne.

»Vierter Stopp: …

Bleibt gespannt, was euch in zwei Wochen erwartet.


»Zweiter Stopp: Grönland

Das Schiffshorn ertönt. Unsere Ankunft wird offensichtlich lautstark angekündigt oder man macht uns nur auf die wunderschöne Aussicht aufmerksam, die uns an Deck erwartet. Aus der Ferne ließen sich das karge Gestein und die eisigen Felsen bereits erahnen, aber je näher wir uns dem Hafen Kangerlussuaq auf Grönland nähern, umso spektakulärer ist der Blick auf diese Landschaft. Wir fahren in einen Fjord ein und müssen noch rund 160 Kilometer bis zum Zielhafen passieren. Grönland, darauf lässt schon der Landesname schließen, ist in der Tat grün. Eher dunkelgrün und größtenteils schneebedeckt. Und es ist steinig und eisig. Die Insel ist Teil der Arktis, gehört zu Dänemark und zählt gerade mal 56.000 Einwohner*innen. Vor Ort erwartetet uns ein besonders wichtiger Einsatz von KI.

Panoramablick über Eisflächen Grönlands

Schmelzende Gletscher: Künstliche Intelligenz analysiert Bilddaten

An Land treffen wir Dr. Joseph Cook. Er ist Glaziologe von der britischen Aberystwyth University. Als Klimaforscher beobachtet und untersucht er das Verhalten von Gletschern sowie Böden. Dr. Cook fragt sich, warum Dinge sich so erwärmen, wie sie es tun und was gegen die Gletscherschmelze unternommen werden kann.

Elementare Fragen, denn in Grönland befindet sich der letzte verbliebende Eisschild der nördlichen Hemisphäre. Und er schmilzt rapide. Genau genommen so viel, dass der globale Meeresspiegel jährlich um fast einen Millimeter ansteigt. Und das Abschmelzen nimmt von Jahr zu Jahr an Geschwindigkeit zu. Das nährstoffreiche Schmelzwasser ist ein idealer Beschleuniger für die Produktion von Algen, die ein dunkles Pigment absondern, das die Erwärmung beschleunigt. Ein Teufelskreis: Denn dadurch schmelzen die Gletscher noch schneller.

Mit Hilfe einer Drohne kartografiert Dr. Cook die Ausbreitung der Algen im multispektralen Bereich. Das ist jener Bereich, der grüne, rote und nahe infrarote Lichtwellen umfasst (ein Digitalfoto beispielsweise enthält dagegen nur grünes, rotes und blaues Licht). Ein trainierter Algorithmus liest die gesammelten Daten der Feldspektroskopie aus und kann Berechnungen zum Umfang des durch die Algen verursachten Abschmelzens machen.

Ohne KI und den Zugang zur Rechenpower von Microsoft Azure wären diese enormen Berechnungen nicht möglich. Mit den neugewonnenen Daten kann Joseph Cook nun weitaus größere Gebiete als früher untersuchen und letztlich irgendwann einmal den gesamten grönländischen Eisschild analysieren.

Auch wenn sich damit nicht die Ursache des Abschmelzens verhindern lässt, könnten die Ergebnisse am Ende doch dazu beitragen, Probleme besser zu verstehen und Lösungen zu entwickeln. Ohne KI würde dieser Prozess deutlich langwieriger verlaufen. Doch gerade der Faktor Zeit ist vielleicht die wichtigste Variable im Kampf gegen den Klimawandel.

Wer mehr über die Arbeit von Dr. Cook und sein Projekt erfahren möchte, kann die Geschichte hier nachlesen.

Die kleine Propellermaschine auf dem Flughafen von Kangerlussuaq startet nur wöchentlich. Daher heißt es erstmal warten und die klare Luft und absolute Stille genießen, bevor es für uns weiter Richtung Westen geht, in eine rund 3.000 Kilometer entfernte Großstadt.


»Start der Reise: Deutschland

Unser Abenteuer beginnt in Deutschland. Genauer: in München und mit einem Projekt, das uns besonders am Herzen liegt.

Im Kinderhaus AtemReich leben Kinder, die aufgrund schwerer Vorerkrankungen künstlich beatmet werden müssen und daher rund um die Uhr eine Intensivbetreuung benötigen. Wir begleiten seit gut zwei Jahren die Mitarbeiter*innen dieses wundervollen Projekts.

Kind lacht fröhlich, während es mit Klötzen spielt

Moderne Technologien zum Wohle der Kinder

Der erste Teil der Reise begann mit dem #Hackfest2018, bei dem Microsoft Mitarbeiter*innen gemeinsam mit Kunden, Partnern, NPOs und Start-Ups nach Lösungsmöglichkeiten für ungelöste Projekte suchten, darunter auch eins von AtemReich. Seitdem arbeiten Kolleg*innen und Partner ehrenamtlich nicht nur an der digitalen Transformation des Kinderhauses, sondern helfen im Rahmen ihres Engagements auch bei täglich anfallenden Arbeiten.

Im Zuge des Projekts haben wir auch künstliche Intelligenz und Machine Learning eingebunden: Wir unterstützen die Pfleger*innen mit unseren Technologien dabei, die Vitalwerte der Kinder zu ermitteln, und helfen so, die Pflegemaßnahmen noch besser anzupassen. Dabei wurde vom bis dahin weitgehend manuell betriebenen Aufzeichnungssystem für Vitalwerte auf ein automatisiertes System umgestellt. Es sammelt Informationen wie Herzfrequenz, Sauerstoff, Atemrhythmus und Blutdruck automatisch von den medizinischen Geräten.

Mit Hilfe von maschinellem Lernen, KI, dem Internet der Dinge (Internet of Things, IoT) und Microsoft Azure-Tools erstellt das System nun Analysen, um zu sehen, ob es sicherheitsrelevante oder medizinische Probleme gibt, die von den Pflegekräften des Hauses angegangen werden müssen.

Baby lächelt in die Kamera. Es ist an ein Atemgerät angeschlossen

Mehr über das gemeinsame Abenteuer von Microsoft Deutschland und dem Kinderhaus AtemReich ist hier nachzulesen.

Dann wird es auch schon Zeit weiterzufahren, denn in Hamburg wartet ein Schiff auf uns. Es ist ein arktischer Eisbrecher. Eine Woche wird unsere Reise zur größten Insel der Welt dauern. Und kalt wird es dort sein. Dagegen ist der Winter in Deutschland ein Klacks!


Ein Beitrag von Anje Hickey

Senior Director Solution Business bei Microsoft Deutschland

Anje Hickey