Der Europäische Forschungsrat (ERC) fördert ein Forschungsprojekt mit dem Namen ODDITY über sechs Jahre mit 9,7 Millionen Euro. Ziel ist es, mithilfe künstlicher Intelligenz (KI) gezielt neue chemische Materialien zu finden – etwa für Solarzellen – und dabei aus mehr als einer Billion denkbaren Molekülstrukturen die vielversprechendsten herauszufiltern. Geleitet wird das Vorhaben von Professor Pascal Friederich vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT), gemeinsam mit Forschungsgruppen am Forschungszentrum Jülich und der Universität Oxford. Statt wie bisher über Jahre hinweg einzelne Stoffe im Labor auszuprobieren, soll der neue Ansatz die Suche nach brauchbaren Materialien auf wenige Wochen verkürzen.
Warum dauert die Entwicklung neuer Materialien bislang so lange?
Technischer Fortschritt hängt oft davon ab, ob es überhaupt ein Material gibt, das die nötigen Eigenschaften mitbringt. Für Solarzellen, Lichtsensoren oder elektronische Bauteile braucht es Stoffe, die mehrere Anforderungen gleichzeitig erfüllen: Sie müssen bestimmte optische und elektrische Eigenschaften besitzen, gleichzeitig stabil sein und sich einfach verarbeiten lassen. Ein Beispiel sind hauchdünne Schichten in Solarzellen, die Sonnenlicht aufnehmen und die dabei freiwerdenden elektrischen Ladungen weiterleiten müssen. Bislang testen Forschende solche Kombinationen meist einzeln im Labor – ein Verfahren, das sich über viele Jahre hinziehen kann, weil die Zahl der chemisch möglichen Moleküle astronomisch groß ist.
Wie will das Projekt ODDITY die Materialsuche beschleunigen?
Der Name ODDITY steht für "On-Demand Discovery by Molecular Ingenuity" – auf Deutsch sinngemäß: bedarfsgerechte Entdeckung durch molekularen Erfindungsgeist. Das Team verfolgt dabei einen systematischen Ansatz: Aus über einer Billion möglichen Molekülstrukturen sollen gezielt diejenigen gefunden werden, die bestimmte vorab festgelegte Anforderungen erfüllen. Das Prinzip ähnelt einem chemischen Baukasten: Moleküle sollen sich innerhalb von Sekunden oder wenigen Minuten aus einzelnen chemischen Bausteinen zusammensetzen, anschließend wieder in ihre Bestandteile zerlegen und neu kombinieren lassen. Möglich wird das durch sogenannte reversible Reaktionen – chemische Prozesse, die sich umkehren lassen, sodass die Bausteine mehrfach wiederverwendet werden können.
Pascal Friederich vom Institut für Nanotechnologie (INT) des KIT beschreibt den Ansatz so:
"Wir verbinden mithilfe von KI eine beschleunigte chemische Synthese mit reversiblen Reaktionen."
— Pascal Friederich, Professor am Institut für Nanotechnologie, KIT
Konkret soll ein Forschungsteam um Friederich KI-Modelle entwickeln, die ausgehend von gewünschten Materialeigenschaften passende Molekülstrukturen vorschlagen – und zwar nur solche, die sich tatsächlich auch chemisch herstellen lassen. Dafür fließen Daten aus Computersimulationen, Labormessungen und Tests an fertigen Bauteilen zusammen. Mittels maschinellem Lernen, einem Teilgebiet der KI, bei dem Software aus großen Datenmengen Muster erkennt, soll das System lernen, welche Bausteine sich wie kombinieren lassen, um ein Molekül mit bestimmten gewünschten Eigenschaften zu erhalten.
Zusätzlich soll generative KI – also KI, die neue Inhalte selbstständig erzeugt – neue chemische Bausteine vorschlagen und damit die Auswahl möglicher Materialien erweitern. Friederich erläutert den praktischen Nutzen:
"Die KI-Modelle helfen uns, vielversprechende Moleküle zu finden, ohne jede mögliche Kombination einzeln untersuchen zu müssen. Sie unterstützen uns auch bei der Entscheidung, welcher Versuch als Nächstes sinnvoll ist. Die Ergebnisse fließen anschließend wieder in die Modelle ein."
— Pascal Friederich, KIT
Welche Rolle spielen die Partner in Oxford und Jülich?
Den ERC Synergy Grant hat Friederich gemeinsam mit Forschungsteams in Oxford und Jülich eingeworben. Jedes Team bringt eine eigene Expertise ein:
- Das Team um Professor Iain McCulloch an der Universität Oxford entwickelt die chemischen Verfahren, mit denen sich Moleküle zusammensetzen und wieder verändern lassen – einschließlich der reversiblen Reaktionen, die eine Wiederverwendung von Bausteinen ermöglichen.
- Das Team von Professor Christoph Brabec am Forschungszentrum Jülich steuert autonome Laborplattformen bei, also automatisierte Anlagen, die eigenständig Dünnschichten herstellen, deren Eigenschaften untersuchen und Bauteile in einem Ultra-Hochdurchsatz-Verfahren testen – das heißt, eine sehr große Zahl an Proben in kurzer Zeit prüfen.
- Jülich arbeitet dabei eng mit der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg am Helmholtz-Institut Erlangen-Nürnberg für Erneuerbare Energien (HI ERN) zusammen.
Oliver Kraft, Vizepräsident für Forschung, Lehre und Akademische Angelegenheiten am KIT, ordnet die Förderung ein:
"Mit dem ERC Synergy Grant wird ein Forschungsansatz ausgezeichnet, der das Potenzial hat, die Entwicklung neuer Materialien grundlegend zu verändern. Das Projekt ODDITY vereint wissenschaftliche Exzellenz in den Bereichen Künstliche Intelligenz, Chemie und Materialforschung und zeigt eindrucksvoll die Stärke internationaler Zusammenarbeit."
— Oliver Kraft, Vizepräsident des KIT
Was macht den ERC Synergy Grant so besonders?
Mit Synergy Grants fördert der Europäische Forschungsrat gezielt Vorhaben, die nur durch die enge Zusammenarbeit mehrerer Forschungsteams gelingen können – mit dem Anspruch, Entdeckungen an den Schnittstellen etablierter Fachrichtungen zu ermöglichen. Für die Ausschreibungsrunde 2026 standen insgesamt 500 Millionen Euro bereit. Von 957 eingereichten Anträgen wurden letztlich 48 Projekte zur Förderung ausgewählt – ODDITY ist eines davon. Mehr Hintergrundwissen zu Grundlagenthemen der Energie- und Materialforschung findet sich im wissen.de-Lexikon.
Einschätzung
Sollte sich der KI-gestützte Ansatz wie geplant bewähren, könnte er die Grundlagenforschung zu neuen Materialien erheblich verkürzen, da aufwendiges Durchprobieren im Labor teilweise durch rechnergestützte Vorauswahl ersetzt würde. Ob sich die angestrebte Beschleunigung von Jahren auf Wochen tatsächlich in der Praxis einstellt, lässt sich derzeit jedoch noch nicht beurteilen – das Projekt steht am Anfang einer sechsjährigen Laufzeit. Für Anwendungen wie die Photovoltaik wäre ein beschleunigter Zugang zu passgenauen Materialien dennoch von Interesse, da die Entwicklung effizienterer Solarzellen bislang maßgeblich von der Verfügbarkeit geeigneter Schichtmaterialien abhängt.
