Machinelles Lernen und KI

Seit Kurzem interessiere ich mich für die aktuellen Entwicklungen auf dem Gebiet der künstlichen Intelligenz (KI) und des maschinellen Lernens (ML) und ihre Anwendungen in der Astronomie und Astrophysik. Ein offensichtlicher und sich schnell entwickelnder Bereich ist die Anwendung von ML-Techniken bei der (un)überwachten Klassifizierung astronomischer Objekte, wie Supernovae (Sasdelli, et al., 2016), Hauptreihensterne (Bellinger, et al., 2016), Gravitationswellendetektion (Gebhard, Kilbertus, Harry, & Schölkopf, 2019, George & Huerta, 2018) oder Galaxienmorphologie (Dieleman, Willett, & Dambre, 2015) und Exoplanetenidentifikation (Shallue & Vanderburg, 2018). Neuronale Netze sind jedoch "allgemeine Funktionsapproximatoren", und ich untersuche derzeit ihre Anwendung im Zusammenhang mit numerischen Modellen der Physik und Chemie des ISM.

Die Fähigkeit neuronaler Netze, zeitvariable Matrizen zu invertieren (Tavakkoli, Chedjou, & Kyamakya, 2019) und als allgemeiner Matrixinverter (Rohit Shukla, 2018) zeigt ihr Potenzial. Die Gruppe von Serena Viti von der Universität Leiden hat kürzlich CHEMULATOR, einen Approximator für astrochemische Berechnungen (Holdship, Viti, Haworth, & Ilee, 2021) als Proof-of-Concept vorgestellt, allerdings mit noch nicht zufriedenstellender Genauigkeit. Ich untersuche, wie Konzepte aus dem Bereich der Verarbeitung natürlicher Sprache (NLP) wie kontextsensitive Wortrepräsentationen im Vektorraum wie word2vec (Tomas Mikolov, 2013) und GloVe (Manning, 2014), die NLP-Fortschritte enorm beschleunigen, groß angelegte magneto-hydrodynamische Simulationen ermöglichen und die Vorhersagekraft dieser Simulationen auf ein noch nie dagewesenes Niveau heben werden.

Offensichtlich gibt es viele verwandte Anwendungen in numerischen Modellen des ISM, z. B. PDR-Modelle. Strahlungstransport- und Molekülanregungsberechnungen kommen mir sofort in den Sinn, und ich plane zu prüfen, wie die jüngsten ML-Entwicklungen in diese Modelle integriert werden können. Maschinelles Lernen wird die astrophysikalische Forschung revolutionieren, und meine jüngsten Aktivitäten sind ein Beitrag zur deutschen Forschungsinitiative für KI.