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.



  • Wie nachhaltig ist die deutsche Technologie-Branche?

    Wie nachhaltig ist die deutsche Technologie-Branche?

    In einer aktuellen Deloitte-Studie betrachten 86 Prozent der deutschen Technologiekonzerne Nachhaltigkeit als einen wichtigen Bestandteil ihrer Geschäftstätigkeit. Jedoch nehmen etwa zwei Drittel der darin befragten Unternehmen eine Diskrepanz zwischen Anspruch…

    mehr lesen: Wie nachhaltig ist die deutsche Technologie-Branche?

  • Hyperkonvergente Infrastrukturen mit Potenzial für den Mittelstand

    Hyperkonvergente Infrastrukturen mit Potenzial für den Mittelstand

    Das Beratungsunternehmen Techconsult hat gemeinsam mit Gridscale untersucht, wie mittelständische Unternehmen die Modernisierung ihrer IT-Infrastrukturen vorantreiben. Die daraus resultierende Studie gibt Einblicke, mit welchen Herausforderungen sich die Unternehmen bei ihrer…

    mehr lesen: Hyperkonvergente Infrastrukturen mit Potenzial für den Mittelstand

  • Gesamtkonzept für mehr Resilienz

    Gesamtkonzept für mehr Resilienz

    Entwicklungen wie der Klimawandel oder die Digitalisierung haben das Thema Resilienz in die öffentliche Diskussion gerückt. Durch die Corona-Pandemie wird diese neu auf die Probe gestellt. Fraunhofer-Forscher haben nun ein…

    mehr lesen: Gesamtkonzept für mehr Resilienz

  • Ifo Institut erwartet geringeres Wachstum

    Ifo Institut erwartet geringeres Wachstum

    Für das laufende Jahr geht das Ifo Institut von einem wirtschaftlichen Wachstum von 3,7 Prozent aus. Damit zeigen sich die Forscher pessimistischer als noch im Dezember.

    mehr lesen: Ifo Institut erwartet geringeres Wachstum

  • Rhebo integriert Apps für Cybersecurity

    Rhebo integriert Apps für Cybersecurity

    Rhebo hat sich der Partnerwelt ctrlX World von Bosch Rexroth angeschlossen. So setzt Rhebo auf ctrlX Automation als Integrationsplattform und zusätzlichen Marktplatz für ihre industriellen Monitoring-Lösungen, die sowohl für die…

    mehr lesen: Rhebo integriert Apps für Cybersecurity

  • Alarmmanagement in modularen Automatisierungssystemen

    Alarmmanagement in modularen Automatisierungssystemen

    Modulare Anlagen werden in der Fertigungs- und Verfahrenstechnik vermehrt eingesetzt. Die Planungszeit neuer Anlagen und Umbauarbeiten sollen so beschleunigt werden, um Stillstände beziehungsweise die Time-to-Market zu verkürzen.

    mehr lesen: Alarmmanagement in modularen Automatisierungssystemen

  • Verstärkte Angriffe der Ransomware-Gruppe

    Verstärkte Angriffe der Ransomware-Gruppe

    Das Incident Response Team (IRT) von Varonis Systems beobachtet seit November 2020 verstärkte Angriffe von Darkside, Inc. auf Unternehmen in Nordamerika und Europa.

    mehr lesen: Verstärkte Angriffe der Ransomware-Gruppe

  • Kleine Betriebe unverhältnismäßig hart getroffen

    Kleine Betriebe unverhältnismäßig hart getroffen

    Die EU-Kommission plant umfassende Auflagen zur Vermeidung und Meldung von Cyberangriffen. Diese betreffen zukünftig fast alle mittelständischen Industriebetriebe.

    mehr lesen: Kleine Betriebe unverhältnismäßig hart getroffen

  • Jedes Dritte Unternehmen setzt auf Outsourcing im eigenen Land

    Jedes Dritte Unternehmen setzt auf Outsourcing im eigenen Land

    Welchen Stellenwert IT-Outsourcing für deutsche Unternehmen haben kann, zeigt ein Whitepaper von IDC und Comarch. Darin geht man der Fragestellung nach, wie verbreitet Onshoring und Offshoring sind. Demnach lagert jede…

    mehr lesen: Jedes Dritte Unternehmen setzt auf Outsourcing im eigenen Land

  • Trumpf übernimmt Lantek

    Trumpf übernimmt Lantek

    Mit der Übernahme von Lantek erweitert Trumpf sein Softwareportfolio. Das spanische Unternehmen entwickelt Software für die Blech- und Metallbearbeitung.

    mehr lesen: Trumpf übernimmt Lantek

  • Kriterien für das Reifegradmodell wählen

    Kriterien für das Reifegradmodell wählen

    Auf dem Weg zur ‚Industrie 4.0‘ entwickeln Unternehmen die Fähigkeiten, in Echtzeit datenbasierte Entscheidungen innerhalb von Wertschöpfungsnetzwerken zu treffen und agil auf Marktveränderungen zu reagieren. Bei diesem Weg unterstützt die…

    mehr lesen: Kriterien für das Reifegradmodell wählen

  • 42 Prozent der maschinenbaurelevanten Startups kommen aus Europa

    42 Prozent der maschinenbaurelevanten Startups kommen aus Europa

    Mit dem ‚Startup-Radar‘ gibt der VDMA einen Einblick in die KI-Startup-Szene für den Maschinenbau. Demnach entstehen 42 Prozent der relevanten Startups in Europa.

    mehr lesen: 42 Prozent der maschinenbaurelevanten Startups kommen aus Europa