Alternative Materialien mit künstlicher Intelligenz identifizieren

Materialsubstitution IM7A4857

Versorgungsengpässe, zu hohe Preise, technische Optimierung, Verbote: Es gibt viele Gründe, weshalb Unternehmen einzelne Roh- oder Werkstoffe durch andere ersetzen müssen. Die Suche nach Alternativen ist aufwändig und endet oft ergebnislos. Ein Forschungsteam vom Fraunhofer IPA hat dafür nun ein KI-unterstütztes Tool zur Materialsubstitution entwickelt.

„Es gibt zwar Datenbanken, die Produktentwickler für die Recherche heranziehen können. Doch die liefern oft keine brauchbaren Ergebnisse, weil sie den genauen Anwendungsfall im Unternehmen nicht berücksichtigen“, sagt Charlotte Schmidt vom Forschungsteam Sustainability and Material Compliance Management am Fraunhofer Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA.

KI durchforstet wissenschaftliche Publikationen

Um die Suche zu erleichtern und passendere Ergebnisse zu erzielen, hat Schmidt zusammen mit zwei Kolleginnen ein KI-unterstütztes Tool zur Materialsubstitution entwickelt. Über eine Eingabemaske müssen die Nutzerinnen und Nutzer zunächst spezifische Details zu dem Werkstoff oder Rohstoff angeben, den sie ersetzen möchten und dann die erforderlichen Eigenschaften des alternativen Materials sowie Informationen zum Kontext des gewünschten Materialeinsatzes nennen. Es folgt eine KI-Recherche, mit der die Datenbank ‚Semantic Scholar‘ anhand der spezifischen Daten und Benutzeranforderungen durchforstet wird. Durch den Abgleich der

Nutzereingaben mit den in der Datenbank verfügbaren Informationen identifiziert die KI geeignete alternative Materialien.

Die KI-Anbindung zur Materialsubstitution ist einer von mehreren Bausteinen, mit denen die Forscherinnen Unternehmen bei der Suche nach alternativen Roh-, Werk- oder chemischen Stoffen unterstützen. Denn nachdem die KI ihre Aufgabe erfüllt hat, unterziehen sie die vorgeschlagenen Substitute sowie die Ausgangsmaterialien einer tieferen Bewertung, in der sie rechtliche, ökologische und soziale Aspekte sowie die Versorgungssicherheit berücksichtigen. Im engen Austausch mit dem jeweiligen Unternehmen prüfen die Wissenschaftlerinnen anschließend, wie genau die vorgeschlagenen Materialien die spezifischen Anforderungen erfüllen. Am Ende des Prozesses steht ein Bericht, in welchem die geeignetsten Substitute sowie die Bewertung der verschiedenen Kriterien dargestellt wird. Unternehmen erhalten so eine Entscheidungsgrundlage.

Erste Tests sind vielversprechend

Beispiel Kobalt: Als Alternative zu Kobalt, das in Lithium-Ionen-Batterien für Elektrofahrzeuge zum Einsatz kommt, schlägt das Tool unter anderem Eisen vor. „Es ist zwar keine neue Erkenntnis, dass anstelle von Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Oxid auch Lithium-Eisenphosphat für die Kathoden von Batterien verwendet werden kann“, sagt Schmidt. „Aber dieses und weitere Ergebnisse haben uns gezeigt, dass die KI-Anbindung bei der Suche nach alternativen Materialien vielversprechend ist.“

Kobalt selbst zählt aus mehreren Gründen zu den kritischen Rohstoffen: Es ist selten, sein Anteil an der gesamten Erdkruste beträgt 0,004 Prozent. Die weltweit bekannten Kobaltreserven werden auf 7,2 Mio.t geschätzt. Mehr als die Hälfte davon, etwa 4Mio.t, lagern auf dem Staatsgebiet der Demokratischen Republik Kongo. Die Arbeitsbedingungen in den Bergwerken des instabilen zentralafrikanischen Landes sind häufig schlecht und die Umweltschäden beim Erzabbau groß.

Das KI-unterstützte Materialsubstitutionstool entstand im Forschungsprojekt ‚Ultraeffizienzfabrik – Deep Dive‘, das im April 2024 gestartet ist und noch bis Ende August 2025 läuft. Unterstützt wird das Forschungsprojekt vom Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg mit insgesamt 1,4Mio.€. Projektpartner sind neben dem Fraunhofer IPA das Fraunhofer IAO, das Centrum für Digitalisierung, Führung und Nachhaltigkeit Schwarzwald (Campus-Schwarzwald), Umwelttechnik BW, Alpirsbacher Klosterbräu Glauner, Ansmann und Protektorwerk Florenz Maisch sowie Zecha Hartmetall-Werkzeugfabrikation als assoziierter Partner.



  • Arbeitsmarktbarometer fängt sich auf niedrigem Niveau

    Arbeitsmarktbarometer fängt sich auf niedrigem Niveau

    Nach seinem Tiefststand im Vormonat, ist das IAB-Arbeitsmarktbarometer im Mai wieder leicht gestiegen.

    mehr lesen: Arbeitsmarktbarometer fängt sich auf niedrigem Niveau

  • Neuer Vertriebspartner nah am SAP-Markt

    Neuer Vertriebspartner nah am SAP-Markt

    Die Feinplanungsspezialistin Dualis GmbH IT Solution will mit einer neuen Vertriebspartnerschaft ihre Position im SAP-Umfeld stärken. Cpro IoT Connect vertreibt und implementiert künftig die APS-Lösung Ganttplan als Platinum-Partner.

    mehr lesen: Neuer Vertriebspartner nah am SAP-Markt

  • SAP kündigt Travel Management-Alternative auf S/4Hana an

    SAP kündigt Travel Management-Alternative auf S/4Hana an

    Reisekostenmanagement mit SAP-Software ist weiterhin On-Premise möglich. Nach dem Druck der SAP-Anwendervereinigung DSAG hat SAP angekündigt, die Lösung Travel Management auf die Hana-Plattform zu migrieren. Damit können Firmen den Wechsel…

    mehr lesen: SAP kündigt Travel Management-Alternative auf S/4Hana an

  • Riverbed ernennt Andreas Riepen zum Regional Vice President

    Riverbed ernennt Andreas Riepen zum Regional Vice President

    Andreas Riepen übernimmt die Position des Regional Vice President Sales für die DACH-Region beim IT-Unternehmen Riverbed.

    mehr lesen: Riverbed ernennt Andreas Riepen zum Regional Vice President

  • Kaspersky identifiziert Angriffe auf Industriezulieferer

    Kaspersky identifiziert Angriffe auf Industriezulieferer

    Wie der IT-Security-Anbieter Kaspersky berichtet, wurden Unternehmen weltweit über zielgerichtete Phishing-Mails angegriffen, bei denen die Angreifer das Mimikatz-Programm nutzten. Kaspersky hat diese Angriffe analysiert.

    mehr lesen: Kaspersky identifiziert Angriffe auf Industriezulieferer

  • Lieferketten kommen wieder in Gang

    Lieferketten kommen wieder in Gang

    In einer 5. Blitzumfrage des VDMA zeigt sich, dass sich die Lieferketten der deutschen Maschinenbauer nach und nach erholen. Die Branche hat jedoch weiterhin mit Auftragseinbußen zu kämpfen.

    mehr lesen: Lieferketten kommen wieder in Gang

  • Wie kann ein passendes Produkt-Service-System aussehen?

    Wie kann ein passendes Produkt-Service-System aussehen?

    Die Grenze zwischen Produkt und ergänzender Dienstleistung verschwimmen zunehmend und produzierende Unternehmen vollziehen den Wandel vom Produkt- zum Service- bzw. Lösungsanbieter. Wie sich solche sogenannten Produkt-Service-Systeme (PSS) entwickeln und damit…

    mehr lesen: Wie kann ein passendes Produkt-Service-System aussehen?

  • Sinkendes Vertrauen unter Cyberkriminellen

    Sinkendes Vertrauen unter Cyberkriminellen

    Der IT-Security-Anbieter Trend Micro hat Erkenntnisse zu cyberkriminellen Aktivitäten sowie dem Handel mit Produkten und Dienstleistungen im Cyberuntergrund veröffentlicht.

    mehr lesen: Sinkendes Vertrauen unter Cyberkriminellen

  • Unternehmen mit steigenden Erwartungen

    Unternehmen mit steigenden Erwartungen

    Nach dem Rückgang im vergangenen Monat legt der Ifo-Geschäftsklimaindex im Mai wieder zu. Dabei haben sich vor allem die Erwartungen für die kommenden Monate verbessert.

    mehr lesen: Unternehmen mit steigenden Erwartungen

  • PLM-Lösungen im Vergleich

    PLM-Lösungen im Vergleich

    Im Marktspiegel ‘Business Software PLM/PDM 2020/2021‘ werden mehr als 40 PLM-Lösungen hinsichtlich ihrer Funktionen untersucht.

    mehr lesen: PLM-Lösungen im Vergleich

  • „Das hohe Maß an Flexibilität und Kreativität sollte uns positiv in die Zukunft blicken lassen“

    „Das hohe Maß an Flexibilität und Kreativität sollte uns positiv in die Zukunft blicken lassen“

    Die Corona-Krise stellt die Globalisierung auf den Prüfstand. Für VDI-Präsident Volker Kefer ist die Situation Herausforderung und Chance zugleich. Im Interview spricht er über die Lage des Technikstandorts Deutschland heute…

    mehr lesen: „Das hohe Maß an Flexibilität und Kreativität sollte uns positiv in die Zukunft blicken lassen“

  • Die digitale Version der XR Expo geht online

    Die digitale Version der XR Expo geht online

    Ab sofort können sich Aussteller und Besucher auf einer digitalen Plattform für die XR Expo Virtual 2020 am 25. und 26. Juni registrieren.

    mehr lesen: Die digitale Version der XR Expo geht online