16.02.2023

KI und Klimaforschung: IBM und NASA kündigen Kooperation an

Wie werden sich Hitzewellen auf Ernteerträge auswirken oder welche Auswirkungen haben Waldbrände auf die Luftqualität? Diese und weitere Fragen sollen in Zukunft durch künstliche Intelligenz und eine Zusammenarbeit der NASA und IBM einfacher beantwortet werden können.
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(c) Adobestock/dizamel

1972 erhielt die Menschheit einen Einblick, der sonst nur Astronaut:innen vorbehalten war. Damals entstand das erste detaillierte Foto der Erde aus dem Weltall. Bekannt ist es unter dem Namen “Blue Marble”, und aufgenommen wurde es von Astronauten der NASA. „Wir sind so weit gereist, um den Mond zu erforschen, und das Wichtigste ist, dass wir die Erde entdeckt haben“, sagte damals der Astronaut William Anders.

Kooperation für die Klimaforschung

Heute gibt es weit mehr Aufnahmen des Planeten. Mit Stand Dezember 2022 befinden sich laut European Space Agency insgesamt 9800 Satelliten im All. Um diese Datenmengen für die Klimaforschung zu nutzen, braucht es Analysen. Künstliche Intelligenz (KI) kann dabei eine wichtige Rolle spielen. Laut Harald Rieder, Klimaforscher an der Universität für Bodenkultur, spielt KI in der Klimaforschung zunehmend eine Rolle. Im momentanen Forschungsbetrieb seien KI-Methoden aber nur eine von vielen Analysetechniken und unterschiedlich weit verbreitet. Eine breitere Anwendung von KI sei aber absehbar.

Anfang Februar gaben IBM und die NASA bekannt, im Bereich der Klimaforschung zusammenzuarbeiten. Im Rahmen der gemeinsamen Arbeit wird die KI-Grundlagen-Modell-Technologie zum ersten Mal auf die Satellitendaten der NASA angewandt, was eine Reihe von neuen Projekten ermöglichen und die Klimaforschung voranbringen soll. Die Zusammenarbeit sei wichtig, denn laut NASA könne der Aufbau dieser Modelle nicht von kleinen Teams bewältigt werden. Man brauche dafür verschiedene Perspektiven, Fähigkeiten und Ressourcen.

“Generell ist es zu begrüßen, wenn Forschungseinrichtungen und der Privatsektor kooperieren, um Methodiken und Anwendungsfelder weiterzuentwickeln. Wichtig ist, dass die erzielten Ergebnisse und Erkenntnisse auch breit verfügbar gemacht werden. Sollte aus solchen Bestrebungen allerdings eine Monopolstellung erwachsen, wäre dies kritisch zu sehen“, erklärt Rieder.

Grundlagen Modelle in der Klimaforschung

Die Berge an Daten und die zunehmende Komplexität von KI stellen Forscher:innen vor Herausforderungen. NASA Wissenschafter:innen gaben an, bisher für jeden Datensatz ein neues Modell erstellen zu müssen. Das sei jetzt anders: Da IBM Grundlagen-Modelle für die Anwendung von maschinellem Lernen nutzt. Grundlagen-Modelle finden in großen Datenbergen, auch ohne Anweisung, die zugrunde liegende Struktur.

Ein weiteres Problem war bisher ein Mangel an Trainingsdaten. Zum Beispiel mussten Bäume oder Pflanzen auf Satellitendaten vorab von Expert:innen identifiziert und bestimmt werden, bevor die künstliche Intelligenz davon lernen konnte. Grundlagen-Modelle können aber auch Rohdaten nutzen, wodurch Zeit eingespart wird. Nach ausgiebigem Training kann die Technologie so auch völlig neue Fragen beantworten und Aufgaben lösen. Damit ist der Algorithmus vielfach einsetzbar.

Künstliche Intelligenz ermöglicht Umsetzung einer Vielfalt an Projekten

Geplant sind mehrere Projekte. Das IBM Geo-Intelligence Basismodell wird mit Rohdaten der NASA trainiert, die Landbedeckungs- und Landnutzungsänderungen aufzeichnen. Mit der Technologie von IBM können die Daten nicht nur sortiert, sondern auch analysiert und große Datensätze nach neuen Erkenntnissen durchsucht werden. Mögliche Einsatzgebiete sind die geographischen Auswirkungen von Naturkatastrophen, herauszufinden wo Wälder abgeholzt werden oder potentielle Lebensräume von Wildtieren zu identifizieren. Das Ziel sei, die Reaktion auf klimabezogene Probleme zu beschleunigen.

Ein weiteres angekündigtes Projekt, ähnelt technologisch ChatGPT. Konkret soll eine Art Suchmaschine für wissenschaftliche Literatur entstehen. Im Gegensatz zu anderen Tools sollen die Antworten der künstlichen Intelligenz mit Zitaten und direkten Links zu den Forschungsarbeiten versehen werden. Wissenschafter:innen der NASA kündigten an, dass die Technologie bereits Mitte 2023 einsatzbereit sein könnte. Verfügbar sollen die Anwendungen nicht nur für Wissenschafter:innen sein, sondern auch für politische Entscheidungsträger:innen und die Öffentlichkeit. Des Weiteren wurde angekündigt, die Technologie auch für Wetter- und Klimavorhersagen zu nutzen.

Auch wenn künstliche Intelligenz zu Fortschritten in der Klimaforschung führen kann, ist die kritische Betrachtung der Technologie essentiell. “Wichtig ist im Kontext Klimaschutz aber auch festzuhalten, dass KI Methoden durch den Energieverbrauch durchaus einen hohen Carbon Footprint aufweisen und daher die Auswahl der KI Anwendungsfelder sehr gut ausgewählt werden muss”, so Rieder.

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Wholomics: Rieder Startup entwickelt neue Methode zur Krebsfrüherkennung

Wholomics hat sich zum Ziel gesetzt, diverse Krebsarten bereits im Stadium eins zu erkennen. Eine Validierungsstudie gibt Hoffnung, aktuell befindet sich das Startup in der zweiten Finanzierungsrunde.
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(v.l.) Wholomics-Geschäftsführer Patrick Strasser und Maximilian Schneider | © Wholomics GmbH

Es ist wohl eine der schockierendsten Nachrichten, die man erhalten kann: Diagnose Krebs. Dabei werden verschiedenste Krebsarten oftmals erst in späten Stadien erkannt, was die Überlebenschance stark verringert. Das soll sich bald ändern. Die beiden Wholomics-Gründer Patrick Strasser und Maximilian Schneider entwickelten einen Test, der mit hoher Genauigkeit verschiedene Krebserkrankungen bereits im Stadium eins feststellen können soll.

“Heutzutage zählt es als Durchbruch, wenn ein Medikament für Krebspatienten im Stadium vier eine sechs Monate längere Überlebensdauer erzielt. Allerdings hätte man einen viel größeren Impact, wenn man Krebs einfach früher erkennen könnte”, erklärt Wholomics-CEO Strasser im brutkasten-Interview. Denn bei den meisten Krebsarten, die man bereits im Stadium eins erkennt, hätten die Patienten eine “5-Jahres-Überlebensrate von über 90 %”. Im Stadium drei bzw. vier falle die Überlebenschance rapide ab. 

Daher entwickelten Strasser und Wholomics-CTO Schneider einen Test, der darauf ausgelegt ist, mehrere Krebsarten bereits in frühen Stadien aus einer einzigen Blutprobe zu erkennen. Der Test analysiert diverse Veränderungen im Blutserum, also der Flüssigkeit im Blut, die mit einer frühen Tumorentwicklung in Zusammenhang stehen können. Die Ergebnisse einer Validierungsstudie sind vielversprechend, denn der Wholomics-Test erkannte eigenen Angaben zufolge 38 von 40 Krebserkrankungen im Stadium eins, darunter Darm-, Magen- und gynäkologische Tumore. Die Intellectual Property der Methode liegt bei Wholomics. Eine erste Version des Tests, der Wholomics Multi-Cancer Check, ist bereits über eine Partnerfirma, Novogenia, erhältlich. Strasser und Schneider möchten sich aber darauf konzentrieren, den Test in der breiten Bevölkerungsmasse einsetzen zu können.

Vom Forscher zum Unternehmer

Die beiden Wholomics-Gründer kennen einander seit ihrem Studium an der TU München und fassten gerade wissenschaftliche Publikationen zusammen, als ihnen die Idee für einen neuen Test zur Krebsfrüherkennung kam. Die Umstellung vom Forscher zum Unternehmer beschreibt der Biochemiker Strasser als “leicht”. Dennoch stellt ihn das Unternehmertum vor einige Herausforderungen. “Als Startup-Founder lernt man im Endeffekt nie aus. Das heißt, jeden Tag, jede Woche gibt es neue Dinge, die man sich selbst beibringen oder die man lernen muss“, erklärt Strasser und ergänzt: “Ein Founder hat mir mal gesagt, die wissenschaftliche Grundlage ist sozusagen das A und O deines Unternehmens. Aber 80 Prozent werden dann im Endeffekt auf der Business-Seite durchgesetzt.”

Wholomics wurde bisher mit dem aws First Incubator und der Forschungsprämie unterstützt. Aktuell befindet sich das Unternehmen in der zweiten Finanzierungsrunde und ist noch auf der Suche nach Investoren. Strasser und Schneider wollen die Runde im letzten Quartal dieses Jahres schließen. “Wir suchen nicht nur nach Geldgebern, sondern eben auch nach strategischen Partnern, die z. B. im Bereich Diagnostik Erfahrung haben”, sagt Strasser. Mit der Entwicklung ihres Startups zeigt sich der Biochemiker zufrieden, auch wenn der Standort Österreich seine Schwierigkeiten mit sich bringe. Die Regulierungen in der EU erschweren laut dem Krebsforscher jedem Diagnostik-Startup den Start.      

Das Ziel sind 2027 die USA, aber ohne FDA-Approval

Zudem brauche es in der EU hohe Investments, um ein medizinisches Produkt auf den Markt zu bringen. “Da muss man dann abwägen, wie die tatsächliche Marktzugangslage ist. Und die ist in Österreich oder im DACH-Raum generell etwas schwieriger”, erklärt Strasser, der mit Schneider den Großteil von Wholomics besitzt. Der Blick der beiden Österreicher richtet sich daher über den großen Teich. Sie arbeiten aktuell in den USA an der Eröffnung eines sogenannten CLIA-Labors. Dadurch soll der Test zur Krebsfrüherkennung als “Lab Developed Test” in den Vereinigten Staaten 2027 auf den Markt gebracht werden können. Er werde somit firmenintern validiert und könne anschließend an Privatpersonen weiterverkauft werden. Ein FDA-Approval sei dann nicht mehr nötig.

Wholomics als die nächste Generation der Krebsfrüherkennungstests

“Im Endeffekt wollen wir quasi die nächste Generation von Multi-Cancer Early Detection Tests auf den Markt bringen. Der größte Unterschied zwischen uns und anderen Anbietern ist, dass wir einfach sehr hohe Frühstadien-Erkennungsraten haben”, sagt Strasser. Langfristig will sich Wholomics am Markt als “First Line Diagnostic” platzieren, also als eine erste Reihe an Untersuchungen, die bei Krebsverdacht durchgeführt werden. Diese Tests sollen dann von Versicherern rückerstattet werden. Als potentielle Kunden beschreibt Strasser in den USA zu Beginn unter anderem Ärzte, später auch Krankenkassen, wobei man den Test immer unter ärztlicher Begleitung durchführen muss.

In Zukunft kann es mehrere unterschiedliche Use-Cases für Wholomics geben, wie z. B. einen Stratifizierungstest. Durch diese Tests werden Personen in klare Gruppen eingeteilt. Dadurch kann in der Medizin einer Person die passende Behandlung verschrieben werden. “Im Endeffekt laufen alle diese Use-Cases darauf hinaus, dass eine Blutprobe analysiert wird und wir das molekulare Profil nach Krebs-Signaturen untersuchen”, sagt Strasser.

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