Weltweit gibt es mehr als 7.000 Sprachen. Damit sich zwei Personen untereinander verständigen können, müssen sie jedoch dieselbe Sprache sprechen. Bei Computern bzw. Computerprogrammen ist das nicht anders. Konzepte wie „Ontologie“ – die Sprache, d.h. eine formale Spezifikation gemeinsamer Begriffe – und „Semantik“ – die Bedeutungslehre – sind daher in beiden Fällen für das gegenseitige Verständnis essentiell.

Semantische Technologien nutzen Ontologien und Semantik, um gemeinsame Konzeptualisierungen zwischen Menschen und Maschinen/Computern zu erleichtern. Sie werden umfangreich für das World Wide Web und seine Anwendungen genutzt, und zwar von Milliarden von Menschen jeden Tag. Sie helfen Maschinen, die Bedeutung hinter Wörtern und Sätzen zu verstehen und erleichtern es so, Informationen zu organisieren und zu verknüpfen. Neben diesen alltagsnahen Anwendungen finden Ontologien auch in verschiedenen anderen Bereichen Anwendung. Im Bereich der Materialwissenschaften hinkt die Anwendung jedoch hinterher. Dabei hat die Nutzung von Ontologien bei der Materialentwicklung diverse Vorteile: der verhältnismäßig geringe Zeitaufwand, geringere Kosten und nachhaltigere Materialien. Das EU-Projekt „OntoTrans“ schloss diese Lücke in Forschung und Anwendung nun.   

Ein Kommunikationsproblem?

Damit Computer effizient sinnvolle semantische Informationen austauschen können, müssen sie dieselben Begriffe verwenden oder wissen, dass verschiedene Wörter dieselbe Bedeutung haben können. Ansonsten bleibt Raum für Missverständnisse. Spezielle Vokabulare und Anwendungen ermöglichen es ihnen, Informationen und Daten über Computersysteme hinweg zu verbinden. Der automatische Austausch von Daten ermöglicht es zudem, neue Zusammenhänge zu entdecken, die zu neuen innovativen Produkten führen können.

Computer werden in Forschung und Industrie bereits in großem Umfang eingesetzt, aber die Daten und Ergebnisse müssen häufig von den Forschenden selbst interpretiert und zusammengeführt werden. Solche manuellen Prozesse sind nicht nur zeitaufwendig, sondern häufig auch ineffizient und anfällig für Fehler. „Die Industrie benötigt Computer, um Zusammenhänge zwischen einer Vielzahl von Objekten herzustellen, von Chemikalien und Materialien bis hin zu ihrer Verarbeitung und den Eigenschaften der Produkte“, weiß Projektkoordinatorin Nadja Adamovic.  

Eine Sprache für Datenaustausch in Bereich Materialwissenschaften

„Im Rahmen von OntoTrans haben wir eine gemeinsame „Sprache“, eine sogenannte Ontologie, weiterentwickelt, mit der Daten beschrieben, kommuniziert und wiederverwendet werden können“, erklärt Adamovic. Die Kommunikation zwischen verschiedenen Datensystemen wird damit erleichtert und Wissen kann gespeichert und effektiv durchsucht werden. So können semantische Technologien für Wissensmanagement den Prozess der Materialauswahl und -entwicklung beschleunigen. „Die entwickelte Ontologie hilft, die Daten so zu strukturieren, dass sowohl Computer als auch Menschen effizienter mit ihnen arbeiten können, da sie zu Informationen werden. Diese Entwicklungen sind nicht zuletzt wichtig, um die Materialwissenschaften auf die Herausforderungen der KI-Anwendungen vorzubereiten“, sagt Florina Piroi vom Forschungsbereich Data Science.

Speziell für die Materialwissenschaften wurde eine Ontologie entwickelt, die Themen durch die Kombination von Standpunkten aus einem breiten Spektrum von Fach- und Forschungsbereichen beschreibt: Die „Elemental Multiperspective Material Ontology“ (EMMO). Die Ontologie, die im Rahmen von „OntoTrans“ entwickelt wurde, baut auf EMMO auf, die kontinuierlich weiterentwickelt wird. Die damit verbundenen Vorteile in Bezug auf Leistung und Nachhaltigkeit können enorm sein. Diese Systeme ermöglichen auch schnellere Reaktionen auf Kundenwünsche und gesetzliche Änderungen.

Über OntoTrans

In dem interdisziplinären Forschungsprojekt arbeiteten Naturwissenschaftler_innen, Datenwissenschaftler_innen und Philosoph_innen von 13 Einrichtungen zusammen, um neues Vokabular und Anwendungen zu entwickeln, mit deren Hilfe die heutigen Herausforderungen in Forschung und Entwicklung in der wissenschaftsbasierten Industrie ausgedrückt und verstanden werden können.

Die Ergebnisse werden nicht nur von OntoTrans-Nutzer_innen, sondern auch von anderen EU- Projekten genutzt. Das mit knapp 5,5 Mio. Euro geförderte Projekt „OntoTrans, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster“ wird Ende Juli 2024 abgeschlossen.

Diese Arbeit wurde mit Mitteln aus dem Forschungs- und Innovationsprogramm Horizon 2020 der Europäischen Union unter der Finanzhilfevereinbarung 862136 (OntoTrans) gefördert.

Rückfragehinweis

Dr. Nadja Adamovic
Technische Universität Wien
Forschungsbereich Mikrosystemtechnik
+43 1 58801 76648
nadja.adamovic@tuwien.ac.at

Dr. Florina Piroi
Technische Universität Wien
Forschungsbereich Data Science
+43 1 58801 188 638
florina.piroi@tuwien.ac.at

Text: Xiran Dong, Vikki Cantrill & Sarah Link