Nachdem wir uns in der zweiten Folge unserer KI-Serie angeschaut haben, wie die Assistenz "KaI" Handwerker unterstützen kann, erklären wir im dritten Teil, nach welchem Muster KI arbeitet.
Bei Abbildung 1 erinnern wir uns alle sicher an unsere Schulzeit: Das "Periodensystem der Elemente" aus dem Chemieunterricht. Es ist eine Art Baukasten, der uns unterstützen soll, komplizierte Zusammenhänge zwischen Atomen – also den Bausteinen und den Molekülen – zu verstehen. Was hat dies nun mit Künstlicher Intelligenz (KI) zu tun?
Der Informatiker Kristian Hammond hatte die pfiffige Idee, das Prinzip des Periodensystems der Chemie auf die KI zu übertragen. Er erkannte, dass die verschiedenen Komponenten der Künstlichen Intelligenz – vergleichbar mit den Elementen in der Chemie – miteinander verbunden sind. Denn in der KI können – wie in der Chemie – Elemente unterschiedlicher Art und Funktion miteinander kombiniert und daraus eine schier endlose Zahl von Assistenten entwickelt werden.
Notwendige KI-Elemente
Ebenso wie wir unsere Aufgaben nur erledigen können, wenn die entsprechenden Fähigkeiten und Fertigkeiten vorhanden sind, so kann KaI den Job nur umsetzen, wenn die notwendigen KI-Elemente vorhanden sind und natürlich, wenn vor dem ersten Einsatz KaI ein erfolgreiches Training absolviert hat. KaI besteht also aus einer Kombination von Elementen. Dabei übernimmt jedes KI-Element nur eine Teilaufgabe und lediglich das Zusammenspiel der einzelnen Elemente sorgt dafür, dass wir zum Beispiel auf die Frage "Kann ich morgen ohne Regenschirm das Haus verlassen, ohne nass zu werden?" eine Antwort erhalten.
Aber noch etwas ist notwendig, und hier schließt sich der Kreis zur Chemie wieder. Jedes KI-Element fällt in eine Gruppe. Die Auswahl mindestens eines KI-Elements aus jeder der folgenden drei Gruppen ergibt eine Assistenz. Das heißt, die Verarbeitungsfolge von KaI erfolgt in mindestens drei Schritten:
Wahrnehmen: Zu Beginn steht die Wahrnehmung. Ähnlich den menschlichen Sinnesorganen kann KaI je nach eingesetzter Technik hören, sehen, aber auch digital erfassen. Die Vielfalt der Eingabemöglichkeiten geht von Bild-, Sprach- oder Texteingaben über die Erfassung von Sensordaten bis hin zu biometrischen Daten wie dem Fingerabdruck. So wird etwa bei einem autonom fahrenden Auto die Verkehrssituation in Millisekunden durch Bilder und Sensorik erfasst.
Verstehen: Die gesammelten Daten werden in der für KI bekannten rasanten Geschwindigkeit verarbeitet. Der Verarbeitung liegt das Wenn/Dann-Prinzip zugrunde. Dieses basiert auf den Trainingswerten und jenen, die im Arbeitsleben noch "gelernt" werden. KaI leitet aus der Eingabe eine Handlung ab. In unserem Fall wird die Wahrscheinlichkeit eines Auffahrunfalls innerhalb der nächsten Sekunden kalkuliert.
Reagieren: Aus den interpretierten Daten wird nun eine Handlung beziehungsweise Lösung abgeleitet. Dabei kann KaI auch im laufenden Betrieb aus neuen Daten lernen und sich optimieren. Es entsteht ein fortwährender Kreislauf. Beim Auto leitet KaI bei einem Hindernis entweder das Brems- oder das Ausweichmanöver ein.
Wir Menschen benötigen für eine Aufgabe und zur gleichen Zeit nie alle unsere Fähigkeiten. Wer gerade ein Fahrzeug steuert, ist konzentriert auf das Sehen, Hören, Interpretieren und die Motorik.
Wenn wir also eine Assistenz schaffen wollen, dann müssen wir ebenfalls für die jeweilige Aufgabe die richtigen Elemente und Herausforderungen verstehen und zusammenspielen lassen. Insgesamt gibt es aktuell übrigens 28 KI-Elemente in den drei Gruppen "Wahrnehmen", "Verstehen" und "Reagieren" (Abbildung 2).
Kommen wir wieder zu unserer Frage: "Kann ich morgen ohne Regenschirm das Haus verlassen ohne nass zu werden?" zurück. Was passiert von der verbal geäußerten Frage bis zur Antwort?
KaI:
erfasst die Frage,
extrahiert die Information aus dem Gehörten,
übersetzt dieses in Text,
analysiert den Text,
versteht die Frage,
holt Informationen ein und
antwortet.
In diesem Fall sind also bis zu sieben Elemente aus den drei Gruppen erforderlich:
die Spracherkennung [Sr] erkennt und versteht Wörter und Sätze in gesprochener Sprache und Audiosignalen. Im ersten Schritt wird dabei das Erkannte in ein maschinenlesbares Format übersetzt.
bei der Sprachidentifikation [Si] werden akustische Parameter, wie zum Beispiel das Klangbild der Sprache einer Person, zur Identifikation genutzt. Das heißt, die Frage wird aus den vorhandenen Umweltgeräuschen herausgefiltert.
Eine Kernfähigkeit der Textextraktion [Te] ist die Auflösung von Mehrdeutigkeiten in Wörtern wie "das Haus verlassen". Je nach Kontext ist hier zum Beispiel eine Geschichte über ein altes Feldsteinhaus oder das Hinausgehen aus einem Haus, aber vielleicht in einem rechtlichen Fall bei einer Räumung gemeint.
Die Sprachverständlichkeit [Lu] beschreibt die Zuordnung zur Bedeutung: "ohne nass zu werden", "regnet es" und "welches Wetter wird sein". Unterschiedliche Sätze mit gleichem Inhalt.
Die vorausschauende Folgerung [PI] erstellt aus den existierenden Daten Vorhersagen wie zum Beispiel die Wettervorhersage.
Die erläuternde Schlussfolgerung [Ei] erklärt das Zustandekommen von Entscheidungen, die getroffen werden. Diese Erklärungen können zum Beispiel sein "morgen werden es 30 Grad Celsius werden und keine Wolke am Himmel sein", "es wird kein Regen erwartet" oder "die Regenwahrscheinlichkeit liegt bei…".
Die Kommunikation [Cm] unterstützt verschiedene Formen der Kommunikation von Maschine zu Mensch und Maschine zu Maschine. Sie ist das Medium der Ein- und Ausgabe.
Die Autorin ist Mitarbeiterin des vom Bundeswirtschaftsministerium geförderten Mittelstand-Digital Zentrums Handwerk. Es unterstützt Handwerksbetriebe und Handwerksorganisationen seit 2016 dabei, die Chancen digitaler Technologien, Prozesse und Geschäftsmodelle zu nutzen – kostenfrei, anbieterneutral und deutschlandweit. Seit 2024 liegt ein besonderer Fokus auf Künstlicher Intelligenz.
Abbildung 2 Foto: © bitkom28 KI-Elemente
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