Künstliche Intelligenz: Der erste KI-Ingenieur kommt aus Stuttgart
Sogenannte KI-Agenten sind ein zunehmender Trend in der künstlichen Intelligenz. Es handelt sich dabei um digitale Helfer, die in der Lage sind, selbstständig auch komplexe Aufgaben zu erledigen. Die KI-Systeme können Informationen von Mikrophonen, Kameras und anderen Sensoren verarbeiten. Sie können sogar mit Webseiten im Internet interagieren. Stuttgarter Forscher:innen gelang es nun, den weltweit ersten KI-Ingenieur zu schaffen. Dabei handelt es sich um vier KI-Agenten, die zusammenarbeiten können, um komplexe Aufgaben aus der Strömungsmechanik zu erforschen und zu lösen. Dabei stellt das System eigenständig Hypothesen auf und plant Versuche, um diese zu überprüfen. Die Ergebnisse sind nicht nur korrekt, sondern auch reproduzierbar. Der KI-Ingenieur ist sogar in der Lage, eine wissenschaftliche Publikation über das jeweilige Thema zu schreiben.
Mehrere KI-Agenten arbeiten zusammen
Das Multi-Agenten-System der Forscher:innen der Universität Stuttgart ist auf die Arbeit in der Strömungsmechanik spezialisiert. Diese wird unter anderem in Fachgebieten wie Chemie, Maschinenbau, Luftfahrt, Wasser- und Energiewirtschaft und Meteorologie benötigt. Viele Probleme der Strömungsmechanik bleiben bis heute ungelöst.
Die Forscher:innen um Xu Chu haben eine künstliche Intelligenz namens OpenFOAMGPT entwickelt, die wie ein Ingenieur selbständig strömungsmechanische Aufgaben lösen kann. Dieser KI-Ingenieur besteht aus vier verschiedenen KI-Agenten, die sich bei der Zusammenarbeit gegenseitig ergänzen. Ein Vorarbeiter (Preprocessing Agent) analysiert die Nutzeranfragen und leitet komplexe Aufgaben an den Prompt Generate Agent weiter, der die gestellte Aufgabe in einzelne Schritte zerlegt und Anweisungen formuliert, die in einen Prompt-Pool weitergegeben werden.
Der dritte KI-Agent ist das eigentliche OpenFOAMGPT: Er nutzt die Simulations-Software OpenFOAM und entwickelt eine für die Fragestellung passende Simulation samt der nötigen Rahmenbedingungen. Anschließend startet er diese. Der vierte und letzte KI-Agent ist für das Postprocessing zuständig. Er analysiert die Ergebnisse, erstellt Vergleichsdiagramme und visualisiert die Resultate.
Erste Tests verliefen erfolgreich
Die Forscher:innen haben ihren KI-Ingenieur an fünf verschiedenen anspruchsvollen Fallstudien getestet. Die einfachste Aufgabe war dabei die Beschreibung der Strömung einer Flüssigkeit durch einen geraden Kanal unter einem Druckgefälle. Die schwerste Aufgabe war die Berechnung turbulenter Strömungen in der Aerodynamik eines Motorrads bei verschiedenen Geschwindigkeiten.
Im Ingenieurswesen darf eine künstliche Intelligenz weder halluzinieren noch mit ungenauen Antworten arbeiten. Die Ergebnisse müssen reproduzierbar sein, was bedeutet, dass die Simulation bei gleichen Bedingungen die gleichen Resultate liefern muss. Die Forscher:innen führten die einzelnen Tests deshalb jeweils hundert mal durch.
Und tatsächlich lieferte OpenFOAMGPT sowohl korrekte als auch reproduzierbare Ergebnisse: „Unser KI-Ingenieur arbeitet sehr gründlich und zuverlässig, eben wie ein schwäbischer Ingenieur Wenn ich dagegen beispielsweise ein Bild von mir in ChatGPT hochlade und zehnmal frage, ob ich gut darauf aussehe, erhalte ich zehn verschiedene Antworten. Das geht bei Ingenieursfragestellungen natürlich nicht„, erläutert Chu.
KI-Wissenschaftler kann selbstständig Publikationen verfassen
In den Tests zeigte sich, dass der KI-Ingenieur den an ihn gestellten Anforderungen gewachsen war. „Unser System löst verschiedenste Fluiddynamik-Probleme erfolgreich und mit 100-prozentiger Reproduzierbarkeit. Das hat uns selbst überrascht und auch ein bisschen erschreckt„, schreiben die Forscher:innen. Das Team geht davon aus, mit dem KI-Ingenieur neue Chancen eröffnet zu haben, komplexe physikalische Probleme ohne tiefgreifende Expertise in Simulationsmodellen und Formeln zu lösen. Alles, was die KI benötigt, sind Fragen und Aufgabenstellungen in natürlicher Sprache.
Der KI-Ingenieur ist außerdem in der Lage, seine Ergebnisse aufzubereiten und selbstständig eine wissenschaftliche Veröffentlichung zu erstellen. Das erste von der KI geschriebene Manuskript behandelt zweiphasige Verdrängungsprozesse in porösen Medien. Die Forscher:innen haben noch weitere KI-Agenten integriert und das System so noch weiter ausgebaut. So kann „Turbulence.ai“eine Hintergrundrecherche betreiben, Fachbücher und Publikationen lesen, Hypothesen aufstellen und anhand selbst geplanter Simulationen überprüfen. Es handelt sich damit um den weltweit ersten KI-Wissenschaftler im Bereich der Strömungsmechanik. „Da die Strömungsmechanik ein Forschungsfeld mit zahlreichen unbeantworteten Fragen ist, könnte der KI-Wissenschaftler die Wissenschaft damit unendlich bereichern„, so Chu.
