Forschungsgruppe will KI-Assistenten zuverlässiger machen

Hahn Michael
Bild: Universität des Saarlandes

KI macht oft noch simple Fehler, die auch durch Training nicht verschwinden. Sie kann zudem weder logisch denken noch verschachtelte Eingaben wirklich ‚verstehen‘. Für Computerlinguistik-Professor Michael Hahn von der Universität des Saarlandes liegt der Fehler im System.

Alle großen Sprachmodelle basieren derzeit auf der sogenannten Transformer-Architektur. Bei dieser hat man sich an der menschlichen Fähigkeit orientiert, auf relevante Informationen zu achten und nicht so wichtige Details zu ignorieren. Dies wird mathematisch berechnet, indem man nur den Daten Aufmerksamkeit schenkt, die für die jeweilige Fragestellung bedeutsam erscheinen. „Dabei ahmen die zugrunde liegenden neuronalen Netzwerke eine weitere menschliche Fähigkeit nach, nämlich in Assoziationen zu denken, also Ideen und Erinnerungen miteinander zu verknüpfen“, sagt Hahn. Die KI sucht dafür in riesigen Datenbeständen nach Mustern und stellt einen Zusammenhang zwischen ihnen her. Durch ständiges Training lernt die Maschine, an der richtigen Stelle den passenden Datensatz zu finden, um ein noch präziseres Ergebnis zu erzielen.

„Genau hier können jedoch gravierende Fehler entstehen, wenn die Assoziation der KI falsch war. Solche fehlerhaften Verknüpfungen können aber auch dadurch verursacht werden, dass neuronale Netzwerke bisher nur eine feste Anzahl von Schichten haben, in denen die Algorithmen berechnet werden. Dies schränkt die Ergebnisse ein“, erklärt Hahn. Gemeinsam mit seinem Team konnte der Informatikforscher bereits mathematisch nachweisen, dass neuronale Netzwerke systematisch Fehler machen. Diese könne man nicht durch noch mehr Training auf großen Datenbeständen oder bessere Prompts, also genauere Anweisungen an die KI, ausmerzen.

Drei Defizite großer Sprachmodelle

Die aktuellen großen Sprachmodelle stoßen also an Grenzen, für die Michael Hahn vor allem drei Defizite verantwortlich macht: „Zum einen sind die Modelle schlecht darin, einen sich ändernden Zustand nachzuvollziehen. Sie machen keine Updates, wenn sich eine Situation verändert hat. Wir haben dies anhand eines simplen Beispiels getestet: Mehrere Personen reichen sich zwei verschiedene Bücher in ihrer Gruppe herum und die KI muss am Ende sagen, wer welches Buch in der Hand hält. Je mehr Umläufe es gab, desto weniger treffsicher war die KI“, erklärt der Professor. Übertragen auf die schon genutzten KI-Assistenten in der Medizin sei diese Schwäche von Sprachmodellen mehr als bedenklich. „In solchen Systemen werden verschiedene Diagnosen, verabreichte Medikamente und Untersuchungen wie etwa Bluttest miteinander verknüpft. Ordnet die KI dabei nicht den chronologischen Ablauf sowie die Ergebnisse der Tests und daraus resultierende Medikation richtig zu, so kann dies für den Patienten gefährlich werden“, nennt Hahn als Beispiel.

Als ähnlich problematisch sei das zweite Defizit aktueller Large Language Models zu bewerten. „Die KI ist bisher nicht in der Lage, logisch zu denken. Dies lässt sich auch am Beispiel der Medizin veranschaulichen: Will die KI das richtige Medikament für eine bestimmtes Krankheitsbild aus einem großen Datenbestand auswählen, muss sie schlussfolgern können, welche Symptome dazu passen. Auch für eine Diagnose muss eine KI-Assistenz die Regeln kennen, nach denen ein Arzt bestimmte Krankheiten erst einmal ausschließt. Ein solches systematisches, auf logischen Regeln basiertes Vorgehen lässt sich über neuronale Netzwerke bisher nicht abbilden“, erklärt Michael Hahn.

Als noch unzuverlässiger bewertet der Computerlinguist die Ergebnisse der KI, wenn es um den von ihm definierten dritten Problembereich geht: „Die großen Sprachmodelle scheitern bisher häufig daran, komplexe und verschachtelte Eingaben sinnvoll zu bearbeiten. Dies wird beispielsweise bei juristischen Fragestellungen sichtbar, wenn beurteilt werden muss, auf welcher Gesetzesgrundlage und in welchem zeitlichen Zusammenhang eine Person eine andere Person oder ein Unternehmen geschädigt hat. Diese oft schon für den Menschen schwer nachvollziehbaren Gedankenketten sind mit Hilfe der neuronalen Netzwerke bisher kaum fehlerfrei zu händeln“, so Michael Hahn.

Hintergründe verstehen und LLMs zuverlässiger machen

In seinem Forschungsprojekt, das er nun im Rahmen des Emmy-Noether-Programms angehen will, wird er sich zunächst auf die theoretischen Grundlagen der Transformer-Architektur konzentrieren. Dabei soll es darum gehen, noch besser den mathematischen Hintergrund zu verstehen, wie neuronale Netzwerke zu ihren Ergebnissen kommen. Hierfür will er auch untersuchen, wie viele Schichten diese Netzwerke aufweisen müssen, damit sie ‚intelligenter‘ agieren können. In einem zweiten Schritt will er dann an hybriden Systemen forschen oder sogar ganz neue Architekturen entwerfen, die besser vorhersagbare Fähigkeiten aufweisen und außerdem zuverlässiger und leistungsstärker funktionieren als derzeitige Large Language Models.

Mit dem Emmy-Noether-Programm fördert die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) Nachwuchsforscherinnen und -forscher, deren Promotion maximal vier Jahre zurückliegt und die über internationale Erfahrung verfügen sowie eine Postdoc-Phase durchlaufen haben. In seiner Forschungsgruppe wird er sich gemeinsam mit fünf Doktorandinnen und Doktoranden auf das Forschungsthema ‚Understanding and Overcoming Architectural Limitations in Neural Language Models‘ konzentrieren.



  • Produktentwicklung mit Extended Reality

    Produktentwicklung mit Extended Reality

    Statt sofort teure Prototypen von Autos, Geräten oder Maschinenkomponenten zu bauen, können Unternehmen durch virtuelle Modelle bereits in sehr frühen Entwicklungsphasen feststellen, ob ein neues Produkt in Anmutung und Bedienung…

    mehr lesen: Produktentwicklung mit Extended Reality

  • Geschäftsklimaindex sinkt erneut

    Geschäftsklimaindex sinkt erneut

    Nach 100,7 Punkten im Juli, fällt der Ifo-Geschäftsklimaindex im August auf unter 100 Punkte. Zwar bewerten die Unternehmen ihre aktuelle Lage besser, sind allerdings pessimistischer in ihren Erwartungen.

    mehr lesen: Geschäftsklimaindex sinkt erneut

  • Fünf Trends für die OT-Security

    Fünf Trends für die OT-Security

    Von Kryptografie über Drohnen bis hin zum digitalen Zwillingen – Kudelski Security gibt einen Überblick über Trends in der Operational Technology (OT).

    mehr lesen: Fünf Trends für die OT-Security

  • Visualisierungssoftware unterstützt das Modbus/TCP-Protokoll

    Visualisierungssoftware unterstützt das Modbus/TCP-Protokoll

    Für einen schnellen und umfassenden Überblick über eine Anlage stellt Pilz die webbasierte Visualisierungssoftware PASvisu bereit. In der neuen Version unterstützt diese jetzt auch das Modbus/TCP-Protokoll. Dieses ermöglicht eine schnelle…

    mehr lesen: Visualisierungssoftware unterstützt das Modbus/TCP-Protokoll

  • Mehr offene Stellen im verarbeitenden Gewerbe

    Mehr offene Stellen im verarbeitenden Gewerbe

    Mit insgesamt 1,16Mio. lag die Zahl der offenen Stellen rund 3 Prozent höher als im Vorjahresquartal. Dies geht aus der aktuellen Stellenerhebung des IAB hervor.

    mehr lesen: Mehr offene Stellen im verarbeitenden Gewerbe

  • Zweistelliges Wachstum beim Maschinenexport

    Zweistelliges Wachstum beim Maschinenexport

    Die Maschinenexporte aus Deutschland haben im 2. Quartal weiter an Fahrt gewonnen: Sie stiegen im Vorjahresvergleich um 23,5 Prozent auf 44,5Mrd.€. Im 1. Quartal lagen die Ausfuhren lediglich um 0,8…

    mehr lesen: Zweistelliges Wachstum beim Maschinenexport

  • Vertrauenswürdige Elektronik für das Internet der Dinge

    Vertrauenswürdige Elektronik für das Internet der Dinge

    Zwölf Partner aus Forschung und Industrie haben das Forschungsprojekt VE-Vides gestartet. Ziel ist die Entwicklung eines Sicherheitskonzepts für das Internet der Dinge.

    mehr lesen: Vertrauenswürdige Elektronik für das Internet der Dinge

  • Martina Hofmann übernimmt Vorsitz

    Martina Hofmann übernimmt Vorsitz

    Prof. Dr.-Ing. Martina Hofmann von der Hochschule Aalen ist neue Vorsitzende des VDE-Ausschusses Studium, Beruf und Gesellschaft. Neben klassischer Ausschussarbeit will sie die Themen Frauen und Technik sowie Klimaschutz in…

    mehr lesen: Martina Hofmann übernimmt Vorsitz

  • So können sich Unternehmen schützen

    So können sich Unternehmen schützen

    Eine aktuelle Studie des Digitalverbands Bitkom bewertet Ransomware als Haupttreiber für den enormen Anstieg an Cyberattacken. Die Erpresserangriffe verursachen bei den Betroffenen einen enormen wirtschaftlichen Schaden.

    mehr lesen: So können sich Unternehmen schützen

  • Steuerungstechnik, IT und IoT sicher verbinden

    Steuerungstechnik, IT und IoT sicher verbinden

    Die Vernetzung in der Industrie und das damit verbundene Industrial Internet of Things (IIoT) definieren die Anforderungen an die Sicherheit neu – und damit auch an die eingesetzten Automatisierungslösungen.

    mehr lesen: Steuerungstechnik, IT und IoT sicher verbinden

  • Doppelspitze bei Valantic CEC Schweiz

    Doppelspitze bei Valantic CEC Schweiz

    Florian Heidecke leitet seit Anfang August gemeinsam mit Reto Rutz Valantic CEC in der Schweiz.

    mehr lesen: Doppelspitze bei Valantic CEC Schweiz

  • Maschinen lernen voneinander

    Maschinen lernen voneinander

    Das Kunststoff-Zentrum SKZ in Würzburg führt im Rahmen des Forschungsprojekts Darwin mit dem Fraunhofer Spin-off plus10 mehrere Versuchsreihen durch. Ziel ist die Entwicklung kontinuierlich lernender Modelle, die eine höhere Qualität…

    mehr lesen: Maschinen lernen voneinander