Künstliche Intelligenz – eine der Schlüsseltechnologien unserer Zeit – spielt auch bei der Bekämpfung der COVID-19-Pandemie eine wichtige Rolle. Wie KI bei der Erkennung, Abwehr und Eindämmung von COVID-19 helfen kann.
Künstliche Intelligenz – eine der Schlüsseltechnologien unserer Zeit – spielt auch bei der Bekämpfung der COVID-19-Pandemie eine ganz wesentliche Rolle. Machine Learning und andere KI-Verfahren ermöglichen es beispielsweise, in großen Datenmengen Muster schneller und zuverlässiger zu erkennen, Zusammenhänge in Millionen von Datenpunkten zu identifizieren, Vorhersagen zu treffen und Entscheidungen vorzubereiten. Im Kampf gegen das Corona-Virus macht man sich diese Vorteile vor allem in folgenden Bereichen zunutze:
- Virusanalyse: Eine bislang nicht abschließend geklärte Frage ist, woher das Virus stammt und wie es auf den Menschen übergehen konnte. Einen wichtigen Baustein für die Beantwortung dieser Frage lieferte ein Forscherteam der University of Western Ontario. Es verglich das Genom des Coronavirus SARS-CoV-2 mit mehr als 5.000 anderen Virengenomen und konnte mithilfe von Machine Learning dessen Verwandtschaft identifizieren. Wissenschaftler an der University of San Diego (UCSD) konzentrieren sich derweil auf die Hülle des Virus, um dessen Verbreitung über Oberflächen, Tröpfchen und Aerosole besser zu verstehen. Sie wollen unter anderem die Interaktion der einzelnen Komponenten bis auf Atomebene klären.
- Virus-Zell-Interaktion: Ein wichtiger Schlüssel für die Bekämpfung und Behandlung von Corona ist das Verständnis für dessen Wirkungsweise. So untersucht beispielsweise die Berliner Charité und das Berlin Institut of Health (BIH), welche Rezeptoren und Kofaktoren für eine Infektion notwendig sind, und wie die Wirtszellen auf die Virusinfektion reagieren. Dazu wurde die RNA in Tausenden von Zellen sequenziert. Um dies technisch und wirtschaftlich realisieren zu können, hat das BIH in Kooperation mit Intel, Dell und dem Systemintegrator SVA (System Vertrieb Alexander) eine Lösung zur Genomanalytik entwickelt, die auf der Hardwarekonfiguration der Intel Select Solution for Genomic Analytics beruht. Das Institut konnte so die Geschwindigkeit der Sequenzierung um 70 Prozent erhöhen.
- Diagnostik und Behandlung: Für eine effiziente Eindämmung der Pandemie ist eine möglichst frühzeitige und lückenlose Erkennung einer COVID-Infektion essentiell. Hierfür wird standardmäßig das PCR-Verfahren (Polymerase Chain Reaction) eingesetzt. PCR ist jedoch nicht überall verfügbar und kann zudem sowohl zu falsch-positiven als auch falsch-negativen Ergebnissen führen. Der Intel AI Builders Programmpartner Huiying Medical hat daher ein KI-gestütztes Verfahren entwickelt, das auf CT-Scans des Brustkorbs beruht. Es ermöglicht die Früherkennung einer Infektion und ergänzt so die Labordiagnostik. Die Lösung kann in der Cloud genutzt oder lokal installiert werden, und erreicht bei der Klassifizierung der neuartigen Coronavirus-Pneumonie (NCP) eine Genauigkeit von bis zu 96 Prozent. Durch die Kombination aus der Rechenleistung von Intel Prozessoren und neuronalen KI-Netzwerkmodellen dauert es nur zwei bis drei Sekunden, um eine CT-Untersuchung aus 500 Bildern zu verarbeiten. Die Ergebnisse der Studie wurden in der Zeitschrift Radiology veröffentlicht
- Entwicklung von Impfstoffen und Medikamenten: Künstliche Intelligenz kann die Entdeckung neuer Vakzine und Medikamente deutlich beschleunigen. Verfahren wie graphenbasierte gefaltete neuronale Netze (Graph Convolutional Neural Networks, GCNN), Rekurrente Netze (Recurrent Neural Networks, RNN) oder Deep Learning sind besonders gut dafür geeignet, potenziell wirksame Verbindungen schneller zu identifizieren oder zu designen, und sowohl erwünschte Wirkungen als auch unerwünschte Nebenwirkungen vorherzusagen. Das Projekt AlphaFold nutzt beispielsweise Deep Learning, um die Struktur von Proteinen des COVID-19-Virus zu prognostizieren. Diese Informationen liefern wertvolle Hinweise über die Wirkweise des Virus und können Ansatzpunkte für die Entwicklung von Impfstoffen und Medikamenten darstellen. Durch KI konnten die Forscher die Vorhersagequalität im Vergleich zu anderen Verfahren der Proteinanalyse nahezu verdoppeln.
- Weitere Einsatzgebiete: Auch in anderen Bereichen der Pandemiebekämpfung spielt KI eine wesentliche Rolle. So nutzt beispielsweise die US-Regierung die von der Datenanalysefirma Palantir entwickelte KI-Lösung Tiberius, um die Verteilung des Impfstoffs zu organisieren. Autonome Roboter, die auf Intel Movidius Vision Processing Units (VPU) und der Luxonis DepthAI-Plattform basieren, können Klinikpersonal bei der Desinfektion von Räumen und Geräten unterstützen und so bei Routineaufgaben entlasten. Der virtuelle Assistent AVA (Animated Virtual Assistant) trägt im Ontario Regiment Museum zur Reduktion der Infektionsgefahr bei. Er misst beim Personal die Temperatur und befragt sie in natürlicher Sprache nach ihrem Gesundheitszustand und eventuellen Krankheitssymptomen. Das System wurde von der kanadischen Firma CloudConstable entwickelt und nutzt die Intel RealSense Tiefenkamera-Technologie, um auch nonverbale Antworten durch Kopfnicken oder Kopfschütteln erkennen zu können. Im Einzelhandel kann KI unter anderem zur Besucherlenkung eingesetzt werden. Das Unternehmen Sensormatic Solutions bietet beispielsweise eine Lösung für Einzelhändler, die auf Basis von Intel Vision-Technik und Intel Prozessoren Informationen über Personenzahl und Kundenverhalten in Echtzeit bereitstellt, und so die Überwachung und Einhaltung von Social-Distancing-Regeln in Ladengeschäften erleichtert.
Fazit
Künstliche Intelligenz ist ein wichtiger Verbündeter im Kampf gegen die Corona-Pandemie. Algorithmen unterstützen Wissenschaftler, Mediziner, Politiker und Unternehmen bei der Erforschung, Bekämpfung und Eindämmung des Virus. Intel bietet hierfür ein vielfältiges Technologieportfolio, das diese Bemühungen unterstützt und schnelle Erfolge erst möglich macht. Das Angebot reicht von skalierbaren Xeon Prozessoren über Sensortechnologie wie RealSense und Toolkits wie OpenVINO bis zur Robotik. Als ein führender Anbieter im Gesundheitsbereich hat sich Intel das Ziel gesetzt, KI für alle zugänglich zu machen.