KI, Roboter und IoT gegen das Coronavirus: Wie Technologien helfen sollen

Forsch­er in aller Welt arbeit­en unter Hochdruck an der Entschlüs­selung des Coro­n­avirus und der Entwick­lung eines Impf­stoffes. Unter­stützung bekom­men sie von mod­er­nen Tech­nolo­gien: Algo­rith­men, Robot­er, Videochats und Rechen­pow­er sollen dabei helfen, die Ver­bre­itung des Coro­n­avirus einzudäm­men. Und auch Du kannst die Wis­senschaft von zuhause unterstützen!

Tech­nolo­gien erle­ichtern nicht nur Deinen All­t­ag oder rüsten die Arbeitswelt auf, sie kön­nen auch in Krisen-Sit­u­a­tio­nen helfen: Bere­its neun Tage, bevor die Welt­ge­sund­heit­sor­gan­i­sa­tion (WHO) öffentlich über das Coro­n­avirus informierte, hat­te die kanadis­che Analyse-Fir­ma Blue­dot laut Wired vor dem Aus­bruch eines grippeähn­lichen Erregers gewarnt.

Dem Coronavirus mit künstlicher Intelligenz auf der Spur 

Das Unternehmen Blue­dot kom­biniert für die Beobach­tung und Vorher­sage von Infek­tion­skrankheit­en men­schliche und kün­stliche Intel­li­genz (KI). Der Blue­dot-Algo­rith­mus analysiert unter anderem Datensets und Mel­dun­gen von (Massen-)medienquellen in 65 Sprachen, um her­aus­find­en, ob es irgend­wo auf der Welt auf­fäl­lige Entwick­lun­gen gibt. Ende Dezem­ber lan­dete der Algo­rith­mus nach Angaben von Medi­en­bericht­en einen Tre­f­fer: Er stellte nicht nur fest, dass der Aus­bruch des bis dahin unbekan­nten Coro­n­avirus in der chi­ne­sis­chen Stadt Wuhan begann, son­dern kon­nte auch den voraus­sichtlichen Weg der sich anbah­nen­den Pan­demie vorher­sagen. So soll Blue­dot prog­nos­tiziert haben, in welchen Städten die näch­sten Fälle auftreten werden.

Das Coronavirus in der CT-Analyse: Algorithmen unterstützen in der Diagnostik

KI-Tools und vorauss­chauende Analy­sen (Pre­dic­tive Ana­lyt­ics) wie von Blue­dot kön­nten kün­ftig dazu beitra­gen, dass Ver­wal­tun­gen sowie Regierun­gen schneller auf Krankheit­saus­brüche reagieren und Gegen­maß­nah­men ein­leit­en kön­nen. Bei der Coro­na-Pan­demie ist es derzeit das ober­ste Ziel, die Aus­bre­itung zu ver­langsamen. Dafür sind neben Berech­nun­gen zur Ver­bre­itung auch diag­nos­tis­che Ver­fahren wichtig, die eine frühzeit­ige Erken­nung der Lun­genkrankheit ermöglichen.

Wie kün­stliche Intel­li­genz dabei zum Ein­satz kom­men kann, zeigen KI-Experten des chi­ne­sis­chen Mul­ti-Konz­erns Aliba­ba. Sie haben einen Algo­rith­mus entwick­elt, der anhand von CT-Auf­nah­men erken­nen soll, ob ein Patient an Coro­na erkrankt ist. Laut des Konz­erns hat das Sys­tem eine Genauigkeit von 96 Prozent. Der gesamte Test dauert nur drei bis vier Sekun­den und soll damit min­destens 60-mal schneller als ein men­schlich­er Test sein. Hin­ter diesem Diag­nose-Werkzeug steckt maschinelles Ler­nen, noch genauer Deep Learn­ing: Die Forsch­er haben das KI-Sys­tem mit hun­derten CT-Auf­nah­men von Patien­ten gefüt­tert, die nach­weis­lich am Coro­n­avirus erkrankt sind und eine Lun­genentzün­dung entwick­elt haben. Je mehr Ver­gle­ichs­bilder der Algo­rith­mus bekam, desto bess­er wurde er. Laut Aliba­ba wurde das Sys­tem bere­its in mehr als 160 chi­ne­sis­chen Ein­rich­tun­gen getestet. Nach Angaben von Bloomberg hat der Online-Konz­ern das cloud­basierte Diag­nose-Tool inzwis­chen auch in Europa vorgestellt.

Der Quell­code eines Com­put­er­pro­gramms. — Bild: iStock

Für Radi­olo­gen und Forsch­er ist diese CT-Bil­d­analyse lediglich eine unter­stützende diag­nos­tis­che Meth­ode und Entschei­dung­shil­fe. Die Ergeb­nisse der KI-Soft­ware liefern also keinen abschließen­den Befund, son­dern müssen durch klin­is­che Tests bestätigt wer­den, erk­lärt Michael Forsting, Leit­er des Insti­tuts für Diag­nos­tis­che und Inter­ven­tionelle Radi­olo­gie am Uni­ver­sität­sklinikum Essen, bei Zeit Online. Zudem kon­nte eine Studie aus den USA nach­weisen, dass externe Rönt­gen- und MRT-Auf­nah­men, die nicht aus den Kranken­häusern stam­men, in denen die KI-Tools ursprünglich trainiert wur­den, die Erken­nung erschweren.

Deep Learning in der Grundlagenforschung zum Coronavirus

Wenn es darum geht, große Daten­men­gen schnell zu analysieren und Muster zu erken­nen, arbeit­en gut trainierte Algo­rith­men oft um ein Vielfach­es effizien­ter und zuver­läs­siger als der Men­sch. Diese Fähigkeit ist aktuell auch in der Grund­la­gen­forschung und bei der Entschlüs­selung des Coro­n­avirus gefragt. Beispiel­sweise unter­sucht das britis­che Start-ups Benev­o­len­tai derzeit Daten­sätze beste­hen­der Medika­mente, die auch gegen das Virus wirken könnten.

Das Alpha­bet-Tochterun­ternehmen Deep­mind analysiert während­dessen mith­il­fe von Deep-Learn­ing-Algo­rith­men die Pro­te­in­struk­turen des Virus, die bei der Suche nach einem Impf­stoff und Medika­menten entschei­dend sind und stellt die (noch nicht ver­i­fizierten) Ergeb­nisse öffentlich für andere Wis­senschaftler zur Ver­fü­gung. Die Antikör­p­er eines Impf­stoffes müssen genau auf die soge­nan­nten Spike-Pro­teine des Coro­n­avirus passen, mit denen es an die men­schliche Zel­lober­fläche andockt.

Puzzeln für die Wissenschaft: „Fold it“-Gamer suchen das Anti-Corona-Protein

Bei der Suche nach Impf­stof­fen set­zen Forsch­er der Uni­ver­si­ty of Wash­ing­ton auch auf die Schwarmintel­li­genz der Gam­ing-Com­mu­ni­ty. Mit dem Com­put­er­spiel „Fold it“ kannst Du dabei helfen, ein Anti-Coro­na-Pro­tein zu entwick­eln, das an die Spike-Pro­teine des Coro­n­avirus andockt und es somit lahm­legt. Die Auf­gabe bei dem kosten­freien Kno­bel- und Puz­zle­spiel beste­ht darin, Pro­teine zu fal­ten. Die vielver­sprechend­sten Ergeb­nisse wer­den am Insti­tute for Pro­tein Design getestet, das bere­its erste Fortschritte bei der Entschlüs­selung des Coro­na-Pro­teins meldete.

Rechenpower für die Corona-Forschung

Auch der Chipher­steller Intel und der Hard­ware-Pro­duzent Leno­vo wollen ihren Beitrag zur möglichst schnellen Entschlüs­selung des Virus leis­ten. Dafür haben die Tech-Part­ner spezielle Hochleis­tungsrech­n­er entwick­elt und dem chi­ne­sis­chen Insti­tut BGI Genomics zur Ver­fü­gung gestellt. Dieses unter­sucht klin­is­che Proben und führt auf Grund­lage großer Daten­men­gen Gen­analy­sen durch. Die kön­nen unter anderem aufzeigen, wie sich das Virus ver­bre­it­et und im Kör­p­er verhält.

Je mehr Com­put­er­leis­tung für solche rechen­in­ten­siv­en Analy­se­prozesse ver­füg­bar ist, desto bess­er. In diesem Punkt kannst Du die Wis­senschaft eben­falls unter­stützen: Mit der Rechen­pow­er Deines heimis­chen PCs. Ähn­lich wie die Dream­Lab-App der Voda­fone Foun­da­tion ermöglichen zum Beispiel die Pro­gramme Boinc und Folding@home, der Coro­na-Forschung Rechenka­paz­ität zu spenden.

Roboter, Drohnen und IoT: Zwischen Smart Hospital und Telemedizin

Um die Aus­bre­itung des Coro­n­avirus einzudäm­men und das medi­zinis­che Per­son­al zu schützen, sind derzeit in inter­na­tionalen Kranken­häusern auch ver­mehrt Robot­er im Dienst. Laut CNN soll zum Beispiel in Seat­tle ein tech­noi­der Helfer die Kom­mu­nika­tion zwis­chen Ärzten und infizierten Per­so­n­en erle­ichtern, ohne sich in dem­sel­ben Raum aufzuhal­ten zu müssen. Auch das chi­ne­sis­che Min­is­teri­um für Wis­senschaft und Tech­nolo­gie hat dazu aufgerufen, Robot­er, Drohnen, Super­com­put­er und das Inter­net of Things (IoT) einzuset­zen, um men­schlichen Nahkon­takt zu reduzieren.

In Wuhan wurde dafür das Smart Field Hos­pi­tal ein­gerichtet, das gut 20.000 Patien­ten ver­sor­gen soll. Über Wear­ables und 5G-Ther­mome­ter, die mit ein­er KI-Plat­tform von Cloud­minds syn­chro­nisiert sind, kön­nen Ärzte aus der Ferne Vital­w­erte wie die Kör­pertem­per­atur, die Herzfre­quenz und den Blut­sauer­stof­fge­halt überwachen. Gle­ichzeit­ig ver­sor­gen die Robot­er die Patien­ten mit Medika­menten und Essen, liefern Infor­ma­tio­nen und unter­hal­ten sie. Auch für Hol- und Bring-Dien­ste wer­den Robot­er einge­set­zt: Der chi­ne­sis­che E-Com­merce-Händler JD liefert in Wuhan zum Beispiel medi­zinis­che Pakete mit selb­st­fahren­den Robot­ern an Kranken­häuser aus.

Auch die tech­noiden Helfer der dänis­chen Fir­ma Blue Ocean Robot­ics sind in Chi­na derzeit beson­ders gefragt. Ihr autonomer Desin­fek­tion­sro­bot­er UVD eli­m­iniert Viren und andere Krankheit­ser­reger in Kliniken durch UV-C-Licht. Spanien und Nordir­land hinge­gen pla­nen nach Angaben der Web­site Thenex­tweb, Robot­er einzuset­zen, um Coro­na-Tests durchzuführen. In Spanien sollen dadurch Mitar­beit­er des Gesund­heitssys­tems ent­lastet wer­den, die derzeit rund 10.000 der Infizierten im Land aus­machen [Stand: 27. März, Anm.d.R.].

EmergencyEye: Denen helfen, die uns helfen

Nicht nur Robot­er unter­stützen in dieser Aus­nahme­si­t­u­a­tion: Das Start-up Corevas hat mit Unter­stützung von Voda­fone seinen telemedi­zinis­chen Ser­vice Emer­gen­cy­Eye erweit­ert, um denen zu helfen, die uns helfen. Emer­gen­cy­Eye wird ursprünglich in Ret­tungsleit­stellen einge­set­zt und ist nun für Arzt­prax­en, Kranken­häuser und Sicherungsstellen für poten­zielle Patien­ten im Ein­satz. Patien­ten und Ärzte verbinden sich per Live-Video-Chat, was eine direk­te, aber kon­tak­t­freie Kom­mu­nika­tion ermöglicht. Die Medi­zin­er kön­nen sich dank Emer­gen­cy­Eye ein visuelles Bild der Sit­u­a­tion aus der Ferne machen. Im Anschluss entschei­den sie, ob ein Aufen­thalt in der Prax­is oder im Kranken­haus nötig ist. Wie auch bei Ver­dacht auf das neuar­tige Coronavirus.

#WeKeepYouGoing: Deutschland bleibt vernetzt

In unserem WeKeep­Y­ouGo­ing-Artikel erfährst Du alles dazu, wie Voda­fone Deutsch­land in der aktuellen Coro­na-Sit­u­a­tion mit dem 4-Punk­te-Plan vorge­ht, damit Du und Deutsch­land weit­er­hin ver­net­zt bleibt. #WeKeep­Y­ouGo­ing #Stay­Home

Ver­lässliche und ser­iöse Infor­ma­tio­nen zur Coro­na-Sit­u­a­tion find­est Du auch auf der Web­site des Robert-Koch-Insti­tuts (rki) sowie auf der Plat­tform Zusam­men gegen Coro­na des Bun­des­ge­sund­heitsmin­is­teri­ums.

Hast Du weit­ere Forschung­spro­jek­te ent­deckt, bei denen inno­v­a­tive Tech­nolo­gien im Kampf gegen das Coro­n­avirus unter­stützen sollen? Wir freuen uns auf Deinen Tipp in den Kommentaren!