Chemie-Studium trifft KI: 80.000 Euro Förderung für neues Saarbrücker Lehrkonzept

Der Fonds der Chemischen Industrie fördert das neue Lehrkonzept der Professorinnen Tanja Gulder (links) und Andrea Volkamer (rechts) mit 80.000 Euro im Rahmen eines Sonderförderprogramms. © Astrid Eckert/TUM (Gulder), Oliver Dietze (Volkamer)

Künstliche Intelligenz (KI) und digitale Werkzeuge werden auch in den Forschungslaboren und der Industriepraxis der Chemie zunehmend unentbehrlich. An der Universität des Saarlandes entwickeln zwei Forscherinnen aus Chemie und Informatik gemeinsam ein Lehrkonzept, das Chemie-Studierende künftig frühzeitig an datenbasierte Verfahren heranführen und sie auf die neuen Anforderungen von Wissenschaft und Industrie vorbereiten soll. Der Fonds der Chemischen Industrie FCI fördert das Vorhaben.

80.000 Euro fließen im Rahmen eines Sonderförderprogramms des FCI in das Projekt der Professorinnen Tanja Gulder und Andrea Volkamer, das zum Ziel hat, Datenwissenschaft dauerhaft im Chemiestudium zu verankern. 

Egal, ob Substanzen analysiert, Experimente betrieben, neue Wirkstoffe oder theoretische Modelle geprüft werden: Bei allem, was im Chemielabor vor sich geht, fallen Daten an. Ohne diese Messwerte und Beobachtungen läuft nichts – werden sie nicht festgehalten, verpufft das Ergebnis auch der besten Arbeit. Was seit den Anfängen der Chemie gilt, gilt heute umso mehr. „Daten und ihre Verarbeitung sind unerlässliche Grundlage für Forschung und Entwicklung. Die neuen computergestützten Methoden einschließlich Künstlicher Intelligenz schaffen neue Wege, um mit großen Datenmengen Forschungsergebnisse zu erzielen und für Industrie und Gesellschaft nutzbar zu machen“, erklärt Tanja Gulder, Professorin für Organische Chemie an der Universität des Saarlandes. Sie erforscht und entwickelt nachhaltige chemische Verfahren nach dem Vorbild der Natur unter anderem für neuartige und verbesserte Wirkstoffe und setzt hierbei digitale Computermethoden ein. 

„Die Technologie verändert die Chemie- und Pharmabranche erheblich. Dies verändert auch die Anforderungen an die Fachleute, die hier arbeiten. Die Industrie sucht Chemikerinnen und Chemiker, die Kenntnisse rund um Daten, ihre maschinelle Verarbeitung und den KI-Einsatz mitbringen“, sagt Tanja Gulder. Die Chemie-Ausbildung müsse aufholen und die digitalen Methoden von Beginn an in die Lehre einbinden. „Bislang bildet der Chemie-Lehrplan in Deutschland dieses Gebiet noch zu wenig ab. Sogar manche Doktorandinnen und Doktoranden haben heute eine Hemmschwelle vor der Arbeit mit dem Datenmaterial. Deshalb wollen wir digitale Inhalte mit einem neuen Lehrkonzept im Chemiestudium einbringen, angefangen im Bachelorstudium und durchgängig fortgesetzt bis ins Masterstudium“, erklärt Gulder. 

Hierzu arbeitet die Chemikerin an der Universität des Saarlandes mit der Professorin für datengestütztes Wirkstoffdesign Andrea Volkamer zusammen. Die Chemie-Informatikerin entwickelt Computermethoden, die sowohl algorithmische Ansätze als auch KI-Modelle umfassen, um Vorhersagen darüber zu treffen, welche Wirkstoffkandidaten am vielversprechendsten sind – und sie ist Spezialistin für digitale Lehrmethoden. „Das Wissen um den Einsatz von Künstlicher Intelligenz muss generell noch besser in die Lehrpläne integriert werden“, betont Andrea Volkamer.

Für ihr Projekt erhalten die beiden Forscherinnen jetzt eine Förderung im Sonderförderprogramm des Fonds der Chemischen Industrie FCI: Der Saarbrücker Antrag konnte sich zusammen mit 22 weiteren Hochschulen und Universitäten im bundesweiten Wettbewerb durchsetzen. Zahlreiche Institutionen hatten Anträge auf Förderung gestellt. Das Saarbrücker Projekt-Konzept wird in Höhe von 80.000 Euro auf drei Jahre gefördert. Insgesamt investiert der Fonds 1,6 Millionen Euro in Data Science im Chemie-Studium, um innovative Lehrkonzepte zu KI, Big Data und Laborautomatisierung in der Hochschulausbildung zu verankern.

In den kommenden drei Jahren werden Gulder und Volkamer mit ihren Teams ein Lehrkonzept entwickeln. „Das Konzept soll nachhaltigen Modellcharakter haben“, sagt Andrea Volkamer. Seine Module entstehen zunächst in der Organischen Chemie der Universität des Saarlandes, sie sollen aber über die Grenzen dieses Fachgebiets hinaus allgemein in den Lebenswissenschaften, also etwa in Pharmazie oder Biotechnologie, und über die Grenzen des Saarbrücker Campus hinaus an anderen Universitäten Einsatz finden können. 

Im Bachelor-Grundpraktikum soll das neue Konzept erste Schritte zum Umgang mit Daten und Datenmanagement vermitteln, also Kenntnisse darüber, wie man Daten als Grundlage maschinellen Lernens generiert und diese sinnvoll und für Dritte wieder auffindbar ablegt. „Wir wollen den Studierenden dabei auch die Grundsätze der „FAIR“-Prinzipien des Forschungsdatenmanagements vermitteln“, erläutert Tanja Gulder. FAIR steht dabei für die Anfangsbuchstaben der englischen Begriffe für auffindbar (findable), zugänglich (accessible), interoperabel und wiederverwendbar (reusable). „Im Fortgeschrittenen-Praktikum wird es unter anderem darum gehen, die Studierenden an die Arbeit mit Datenbanken wie elektronischen Laborbüchern heranzuführen und ihnen ein Grundverständnis von KI, maschinellem Lernen sowie Programmiersprachen zu vermitteln. Ziel ist, dass sie das Handwerkszeug erhalten, um große Datenmassen auszuwerten, komplexe Muster und Zusammenhänge zu erkennen, Synthesewege zu optimieren oder Reaktionsergebnisse vorherzusagen“, erklärt die Chemikerin.

Gulder, die unter anderem an zwei großen Sonderforschungsbereichen und auch an zwei Graduiertenkollegs der Deutschen Forschungsgemeinschaft DFG beteiligt ist, arbeitet gemeinsam mit Fachkolleginnen und -kollegen der Universität Leipzig am Aufbau eines weiteren großen Forschungsprojekts auf dem Gebiet der digitalen Chemie: Hier wird es darum gehen, chemische Forschung für die Wirkstoffentwicklung mithilfe moderner computergestützter Methoden einschließlich Künstlicher Intelligenz voranzutreiben. „Wir bilden mit dem neuen Lehrkonzept zugleich die Nachwuchs-Chemikerinnen und -Chemiker aus, die an diesem Forschungsvorhaben mitarbeiten sollen“, erklärt Gulder ihre langfristigen Ziele.

Der Fonds der Chemischen Industrie wurde 1950 gegründet und ist das Förderwerk des Verbandes der Chemischen Industrie. Die Naturwissenschaftlich-Technische Fakultät und die Fachrichtung Chemie der Universität des Saarlandes steuern zusätzlich 20 Prozent der Fördersumme als Investition in die Qualität der Lehre hinzu.

Fragen beantworten:

Prof. Dr. Tanja Gulder: E-Mail: tanja.gulder@uni-saarland.de

Prof. Dr. Andrea Volkamer: E-Mail: volkamer@cs.uni-saarland.de

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