10.01.2020

#unchAIn, Teil 3: Was ist Machine Learning und Deep Learning?

Für die Artikelreihe "#unchAIn - Demystifying AI" kooperiert der brutkasten mit dem Expertinnen-Netzwerk Ms. AI, um Vorurteile rund um Künstliche Intelligenz zu entmystifizieren. Expertinnen beantworten dazu die großen Fragen rund um das Thema KI. Teil 3: Was ist Machine Learning und Deep Learning?
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Künstliche Intelligenz (KI): Was ist Machine Learning? Was ist der Unterschied zu Deep Learning?
(c) Adobe Stock - zapp2photo

KI (Künstliche Intelligenz) ist das vielleicht wichtigste Tech-Thema unserer Zeit. Es gibt wohl keinen Bereich des politischen, wirtschaftlichen und gesellschaftlichen Lebens, der nicht das Potenzial hat, von KI grundlegend verändert zu werden. Gleichzeitig gibt es bei diesem Thema viele Falschinformation und überzogene Erwartungen. Für das Projekt „#unchAIn – Demystifying AI“ kooperiert der brutkasten mit dem internationalen Expertinnen-Netzwerk Miss AI, um gängige, teils falsche Vorstellungen zu entmystifizieren. Expertinnen und Experten der jeweiligen Felder – von Philosophinnen über Wissenschaftlerinnen bis zu Managerinnen – beantworten dabei in einer mehrteiligen Artikelreihe die großen Fragen zum Thema Künstliche Intelligenz, Machine Learning, Deep Learning und Co.

+++Mehr zum Thema AI & DeepTech+++

Im ersten Teil der Serie behandelten wir die Frage, was eigentlich Intelligenz (ganz allgemein) ist. Im zweiten ging es darum, ob Maschinen das menschliche Gehirn 1:1 kopieren können. Im dritten Teil widmen wir uns nun zwei der gängigsten Tech-Begriffe im Zusammenhang mit KI: Was ist Machine Learning? Und was ist Deep Learning? Und wie unterscheiden sich die beiden? Die Programmiererin und Mathematikerin Donata Petrelli un der Chatbot-Pionier Denis Rothman wählten bei der Beantwortung dieser Fragen sehr unterschiedliche Zugänge.


Bisher in der Serie „#unchAIn – Demystifying AI“ erschienen:


Was ist Machine Learning?

Petrelli: Die meisten haben als Kind wohl das Spiel „Blinde Kuh“ gespielt? Man ist mit verbundenen Augen in einem ausreichend großen Raum und muss es schaffen, die anderen im Raum zu finden und zu erkennen. Dabei hat das Kind mit verbundenen Augen keine Hinweise darauf, wo die anderen Kinder sind. Wenn es sich durch den Raum bewegt, muss es durch Tasten und Probieren die Umgebung verstehen, und letztlich die Mitspieler finden und erkennen. Machine Learning ist genau so ein Prozess, wie ihn das Kind mit verbundenen Augen im Raum durchführt.

Und um es etwas technischer zu definieren: Das maschinelle Lernen macht heute einen großen Teil des Bereichs Künstliche Intelligenz aus. Es umfasst mehrere Methoden zur Analyse und Erkennung von Daten und deren Beziehungen zueinander – oft zu Vorhersagezwecken. Alle diese Verfahren haben das Ziel, ohne initiale Kenntnisse sondern durch Erfahrung, eine Umgebung mit ihren Elementen und den Beziehungen zwischen ihnen, zu erkennen. Zu den bekanntesten Verfahren gehört das Modell der künstlichen neuronalen Netze, die die Struktur des menschlichen Gehrins simulieren.

Rothman: Machine Learning ist ein Teilbereich der Künstlichen Intelligenz. Nicht Machine Learning-basierte Algorithmen sind im Allgemeinen regelbasiert. Also etwa:

wenn X dann Y

Sowohl X als auch Y enthalten dabei viele Werte wie etwa ein Set von Daten. Das maschinelle Lernen kann die richtigen Werte „lernen“, um ein Ergebnis zu produzieren. Dabei gibt es keine Regel! Wir wollen etwa die Lösung finden für die Gleichung:

Y=aX + b

Wir müssen also die Werte von a und b finden, um die Gleichung lösen zu können. Daher probieren wir alle möglichen Werte von a und b aus. Das passiert oftmals nach dem Zufallsprinzip, um zu sehen, welche Werte am besten passen. Da wir leistungsstarke Computer haben, funktioniert das auch. Wir benutzen dazu viele Arten von Algorithmen, etwa Clustering und Regression. Jeder Algorithmus f sucht dabei nach den richtigen Werten, nach dem Prinzip:

f(Y)=aX+b

Die jeweiligen Algorithmen können dann jeweils für bestimmte Aufgaben genutzt werden, etwa eine Vorhersage, ob es nächste Woche regnen wird oder was die beste Route ist, um von Ort A nach Ort B zu gelangen usw.

Und was ist der Unterschied zu Deep Learning?

Rothman: Deep Learning ist wiederum ein Teilbereich des maschinellen Lernens. Es erweitert das Prinzip um „Layers“. Man kann es in Fällen nutzen, wo die Ermittlung des Werts Y schon deutlich komplexer ist. Nehmen wir dazu wieder eine Funktion f heran, wo es nun aber viele Schritte gibt:

f(Y)= f5(f4(Xf(3Xf(2Xf(X))

Das wirkt etwas verrückt? Als Mensch macht man das aber jeden Tag. Wenn man etwa gebeten wird, ein Gesicht in einem Bild mit 30 Gesichtern zu finden (wie z.B. auf einem Klassenfoto), dann macht man (unbewusst) ungefähr folgendes:

  1. Man versucht, die Gesichter vom Hintergrund zu isolieren.
  2. Dann sieht man sich die Form der Gesichter an.
  3. Dann die Farbe der Gesichter.
  4. Dann auch die Größe einer Person.
  5. Dann trifft man endlich eine Entscheidung und sagt: „Das ist die Person, die ich suche!“

Deep Learning tut dies automatisch, indem es die jeweils richtigen Werte von a und b findet, um jede Schicht von f(Y)=aX + b zu ermitteln.

Petrelli: Deep Learning ist eine Verstärkung der Methoden des Machine Learning, insbesondere der neuronalen Netze. In diesem Fall ist das Modell ausgefeilter, da die Resultate das Ergebnis der Ausarbeitung strukturierter Konzepte sind, die sich aus den Basis-Konzepten ableiten.

Um eine Analogie zu bringen: Die Gewinnung von Informationen durch ein Deep Learning-Modell im Vergleich zu einem Machine Learning-Modell ist wie jene eines Erwachsenen verglichen mit jener eines Kindes, das noch weitere Entwicklungsstufen vor sich hat.

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Der Prototyp auf dem PROTEAS-Forschungsgelände des Cyprus-Instituts in Zypern © Waldstein

„Ich habe erstmal aus Meerwasser destilliertes Wasser getrunken. Es schmeckte sehr gut“, berichtet Carl Albrecht Waldstein, Geschäftsführer der Wiener Seawater BV GmbH im brutkasten-Gespräch über die gelungene Inbetriebnahme der ersten solaren Meerwasser-Entsalzungsanlage des Desertgreener-Projekts in Limassol, Zypern.

Mit einer Kombination aus Parabolspiegeln und energetischem Recycling will man dem weltweiten Wassermangel, der aktuell über 2 Milliarden Menschen betreffe, begegnen. Was vor zwei Jahrzehnten an einer verdorrenden spanischen Küste als kühnes Gedankenspiel begann, soll nun globale Wucht entfalten.

Die Vision: Wasser für eine wachsende Welt

„Wir saßen am Ufer des Meeres an der spanischen Mittelmeerküste. Vor uns unendlich viel Meer und hinter uns trocknete alles aus. Also haben wir gesagt, das kann nicht sein, dass das Wasser vor uns die Probleme hinter uns nicht löst“, erinnert sich der Geschäftsführer an die Anfänge der Lösung eines der herausforderndsten Probleme unserer Zeit.

Die Technologie soll Süßwasser so günstig verfügbar machen, dass nicht nur Trinkwasser gesichert wird, sondern auch die wasserintensivere Landwirtschaft, Industrie und der Bergbau versorgt werden können. Bereiche, die klassische Entsalzung aus Kostengründen kaum bedient. Das Potenzial reicht laut Waldstein von der Rettung versalzter Agrarflächen über die Begrünung von Wüstenregionen bis zur Erzeugung von grünem Wasserstoff und Ammoniak als Dünger- und Treibstoffalternative.

Perspektivisch positioniert sich Desertgreener damit als Anbieter einer Basisinfrastruktur, die – wenn sie im großen Maßstab umsetzbar ist – wasserarmen Regionen weltweit neue wirtschaftliche und ökologische Entwicklungsmöglichkeiten eröffnen könnte.

Wasserkreislauf der Natur als Vorbild

Statt auf energieintensive Umkehrosmose zu setzen, soll die Anlage im Kleinen kopieren, was die Natur im Wasserkreislauf im Großen macht: Sonne verdampft Meerwasser, der Dampf kondensiert wieder zu Süßwasser. Bewegliche, der Sonne nachgeführte Spiegel bündeln dafür die Sonnenstrahlen direkt auf einen mit Meerwasser gefüllten Behälter und bringen es zum Kochen. Laut Unternehmen werden so über 90 Prozent der Sonnenenergie direkt genutzt.

Der entstehende, salzfreie Dampf wird von einer Turbine abgesaugt und in ein Röhrensystem gepresst. Dabei kondensiert er sofort wieder zu Wasser und gibt seine Wärme an das noch kochende Meerwasser zurück. „Wir schicken 83 Prozent der Energie ständig im Kreis“, erklärt Waldstein. Dadurch lasse sich mit derselben Menge Sonnenenergie ein Vielfaches an Wasser verdampfen, statt sie nach einmaliger Nutzung zu verlieren.

Finanzierung über Utility-Token

Um die kapitalintensive Serienproduktion nun vorzubereiten, meidet die Seawater BV GmbH bewusst Banken und Venture Capital. Man wolle unabhängig bleiben: „Wir wissen, wir stören auch viele“, so Waldstein. Stattdessen gelangt man über den Verkauf des eigenen „DGRX“ Utility-Tokens bereits an über zehn Millionen Euro, wie der Gründer im Interview erwähnt.

Verkauft wird der Token über die DGRX Sales GmbH, welche daraus wiederum schrittweise Anteile an der Seawater BV GmbH erwirbt (bis zu 24%). Weitere sechs Millionen Euro sollen nun über die Token-Finanzierung folgen, um die Serienproduktion voranzutreiben.

1,8-Milliarden-Bewertung von „Big Four“-Prüfungsgesellschaft

Zu den anvisierten Kunden zählen Regierungen, Kommunen sowie große Agrar- und Bergbaukonzerne. „Um den Markt mache ich mir null Sorgen. Wo ich hintippe, schreien die Leute, wann könnt ihr liefern“, kommentiert Waldstein die Nachfrage. Laut ihm bewertete eine „Big Four“-Prüfungsgesellschaft die Firma Ende 2025 mit 1,8 Milliarden US-Dollar. Mit der aktiven Pilotanlage steige der Wert laut Waldstein kalkulatorisch auf 2,9 Milliarden Dollar.

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