Microsoft Research stellt mit MatterGen und MatterSim zwei KI-Tools vor, die die Entwicklung neuer Materialien fundamental verändern sollen. Statt bestehende Materialien zu durchsuchen, generiert die KI gezielt neue Strukturen.
Während MatterGen völlig neue Materialien mit gewünschten Eigenschaften generiert, simuliert und validiert MatterSim deren Eigenschaften unter realen Bedingungen. Das KI-Tool MatterGen nutzt dafür einen speziellen Diffusions-Algorithmus, der dreidimensionale Molekülstrukturen erzeugen kann.
Nach Angaben von Microsoft kann das System Materialien mit spezifischen chemischen, mechanischen oder elektronischen Eigenschaften generieren - das sei ein deutlicher Fortschritt gegenüber traditionellen Screening-Methoden.
Von der KI ins Labor
Die Fähigkeiten des Systems wurden laut Microsoft bereits experimentell bestätigt: In Zusammenarbeit mit dem Shenzhen Institute of Advanced Technology gelang es, ein von MatterGen vorgeschlagenes neues Material namens TaCr2O6 erfolgreich zu synthetisieren. Die gemessenen Eigenschaften stimmten immterhin zu 80 Prozent mit den KI-Vorhersagen überein.
MatterSim ergänzt dabei den Generierungsprozess, indem es die Eigenschaften der vorgeschlagenen Materialien unter realistischen Bedingungen simuliert - von 0 bis 5.000 Kelvin und bis zu 10 Millionen Atmosphären Druck. Das System nutzt Prinzipien der Quantenmechanik und maschinelles Lernen, um diese komplexen Berechnungen durchzuführen.
"MatterGen generiert tausende von Kandidaten mit benutzerdefinierten Einschränkungen, um neue Materialien vorzuschlagen, die spezifische Anforderungen erfüllen", erklärt Tian Xie, Principal Research Manager bei Microsoft Research. "Dies stellt einen Paradigmenwechsel in der Materialentwicklung dar."
MatterGen auf GitHub verfügbar
Die Arbeiten an MatterGen und MatterSim laufen seit mehreren Monaten. Microsoft hat den Quellcode von MatterGen jetzt unter der MIT-Lizenz veröffentlicht und stellt auch Trainings- und Finetuning-Daten zur Verfügung. Die Tools sind zudem bereits in Microsofts Azure Quantum Elements Plattform integriert, wo sie Unternehmen bei der Entwicklung neuer Materialien für Batterien, Magnete und Brennstoffzellen unterstützen sollen.
Das Unternehmen hat seine Ergebnisse auch heute in einem Nature-Paper veröffentlicht.
Die Entwicklung der KI-Tools ist Teil von Microsofts "AI for Science"-Initiative, die vor zweieinhalb Jahren gestartet wurde.
