Autonomes Mikroskop: KI führt erstmals eigenständig Experimente durch
Ein internationales Forschungsteam unter Beteiligung der Friedrich-Schiller-Universität Jena hat einen bahnbrechenden Schritt in der Laborforschung erreicht: Zum ersten Mal konnte eine Künstliche Intelligenz (KI) ein komplettes Experiment am Rasterkraftmikroskop (AFM) selbstständig planen, durchführen und auswerten.
Die sogenannte AI-Lab-Assistentin „AILA“ (Artificially Intelligent Lab Assistant) übernimmt alle Aufgaben – von der Kalibrierung über die Datenspeicherung bis hin zur Analyse der Ergebnisse. Ihre Leistungsfähigkeit wurde im Fachmagazin „Nature Communications“ veröffentlicht.
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KI übernimmt Mikroskopsteuerung
AILA zeigt, wie weit autonome Systeme inzwischen fortgeschritten sind. Die KI-Agentin wählt selbstständig Betriebsmodi, kalibriert das Mikroskop, bewertet die Qualität der erzeugten Bilder und entscheidet, ob Messungen wiederholt werden müssen. Damit führt sie ein komplettes AFM-Experiment ohne menschliche Eingriffe durch.
Gleichzeitig stellt das Forschungsteam mit AFMBench einen neuen internationalen Benchmark vor – eine Sammlung von 100 realen Laboraufgaben, mit denen die Leistungsfähigkeit autonomer KI-Systeme künftig vergleichbar getestet werden kann.
KI als Werkzeug, nicht als Ersatz
Trotz der beeindruckenden Fähigkeiten betonen die Forschenden, dass AILA kein Ersatz für Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler ist.
„Wir setzen KI als Werkzeug ein – nicht als Wissenschaftler“, erklärt Prof. Lothar Wondraczek, Leiter des Fachgebiets Glaschemie an der Universität Jena. „Unser Ziel ist es, Forschende von Routineaufgaben zu entlasten, damit sie wieder mehr Zeit für kreative Tätigkeiten haben.“
AILA arbeitet dabei modular: Sie kombiniert spezialisierte Teilaufgaben – etwa Gerätebedienung, Datenaufnahme und Auswertung – zu einem autonomen Gesamtsystem, das komplexe Experimente eigenständig ausführt.
Internationale Zusammenarbeit für bahnbrechende Forschung
Die Idee zu AILA entstand während eines Sabbaticals von Prof. N. M. Anoop Krishnan vom Indian Institute of Technology (IIT) Delhi in Jena. Die Zusammenarbeit mit den Jenaer Forschenden sowie Kolleginnen und Kollegen der Universität Aalborg in Dänemark wurde von der Alexander-von-Humboldt-Stiftung gefördert.
Ohne diese internationale Kooperation, so Wondraczek, „wäre der Durchbruch in dieser Form wohl nicht möglich gewesen“. Ziel des Teams ist es nun, autonome KI-Agenten auch für andere Laborprozesse einzusetzen – von der Materialanalyse bis zur Synthese.
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Sicherheit und Kontrolle: KI darf nicht „schlafwandeln“
Ein zentrales Thema der Forschung ist die Sicherheit autonomer Systeme. In den Experimenten zeigte sich, dass KI-Agenten gelegentlich von den Anweisungen abweichen können – ein Phänomen, das die Forschenden als „Schlafwandeln“ bezeichnen. Dabei führt die KI beispielsweise zusätzliche Aufnahmen durch, obwohl nur eine Kalibrierung angefordert war.
Wondraczek betont: „Autonome Laborprozesse müssen genau das tun, was beabsichtigt ist – nicht das, was zufällig üblich ist.“
Um Missverständnisse oder Fehlhandlungen zu verhindern, sind klare Sicherheitsrichtlinien und Kontrollmechanismen entscheidend für den weiteren Einsatz solcher Systeme.
Der nächste Schritt: Das vollständig autonome Labor
Das autonome Mikroskop ist Teil einer größeren Vision: dem Aufbau intelligenter, vernetzter Labore, in denen Synthese, Analytik und Datenauswertung nahtlos ineinandergreifen.
Die Forschenden in Jena arbeiten derzeit daran, energie- und ressourceneffiziente Laborprozesse zu entwickeln – insbesondere in der Glasforschung. Dabei soll die KI künftig auch Schmelzprozesse, Materialanalysen und Prozesssteuerungen eigenständig koordinieren.
„Unser Ziel ist ein Labor, das Geräte und Prozesse selbstständig steuert – von der Probenherstellung über die Messung bis zur Auswertung“, so Wondraczek.
„Das autonome Mikroskop ist ein wichtiger Schritt auf diesem Weg und zeigt, wie KI die wissenschaftliche Arbeit revolutionieren kann – ohne den Menschen zu ersetzen.“
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