Etwa 1043: So viele mögliche Burger-Rezepte gibtes laut Stanford-Forscherin Ellen Kuhl, Professorin für Maschinenbau an der School of Engineering, etwa weltweit. Und mit „BurgerAI“, dem neuen, in ihrem Labor entwickelten KI-Tool, kann Künstliche Intelligenz nun persönlich „ideale“ Rezepte entwerfen, die auch den Nachhaltigkeits-Aspekt einbeziehen.
Dabei denken die Forscher bereits weiter: die Fähigkeit von „BurgerAI“, ernährungsphysiologisch ausgewogene, nachhaltig produzierte Burger vorzuschlagen, die auch noch schmecken, ist nur ein Teil der Geschichte. Letzen Endes kann Sinne diese erfindung einen Wandel für die KI selbst einläuten: den Übergang von der Vorhersage zum Entwurf.
Lebensmittel im Fokus
„Die meisten KI-Systeme sind darauf trainiert, vorherzusagen, was bereits existiert. Wir wollten, dass die KI erfindet, was als Nächstes existieren sollte“, erklärte Kuhl, die nun Stanford Bio-X leitet, ein interdisziplinäres Institut für Lebenswissenschaften, das Forscher aus den Bereichen Medizin, Ingenieurwesen und Naturwissenschaften zusammenbringt. „BurgerAI fragt nicht: ‚Welcher Burger ist am wahrscheinlichsten?‘ Es fragt: ‚Welcher Burger erfüllt diese wichtigen und komplexen Ziele am besten?‘“
Lebensmittel seien das nächste große Thema in den Biowissenschaften, so Kuhl. Dieser Schwerpunkt vereine Elemente menschlicher Erfahrung und Kultur, Gesundheit und Ernährung sowie Umweltauswirkungen – Themen, die multidisziplinäre Forscher aus den Bereichen Medizin, Ingenieurwesen, Nachhaltigkeit, Geisteswissenschaften und darüber hinaus inspirieren.
„Die Wahl der Lebensmittel gehört zu den Entscheidungen mit den weitreichendsten Folgen, die Menschen täglich treffen“, sagte Vahidullah Tac, ein Postdoktorand des Schmidt Science-Programms in Kuhls Labor. „Essen war ein naheliegender Anreiz. Mit einem Pfeil kann man zwei Ziele treffen – die Gesundheit des Planeten und die persönliche Gesundheit. Es ist ein großartiges und wirkungsvolles Forschungsgebiet.“
Daher erwies sich die Ernährung als ideales Testfeld für Bio-X. Kuhls Team hat gerade zwei Artikel über BurgerAI veröffentlicht, bei denen Tac als Erstautor fungiert. Der erste Artikel stellt BurgerAI vor. Der zweite Artikel zeigt, dass dieselben mathematischen Prinzipien, die BurgerAI antreiben, auch der diffusionsbasierten generativen KI im weiteren Sinne zugrunde liegen und Verbindungen zu technischen Bereichen wie Materialdesign, Physik und Ingenieurwesen herstellen.
„Seit Jahrhunderten ist die Lebensmittelentwicklung eine Frage von Intuition, Erfahrung und Versuch und Irrtum“, fügte Kuhl hinzu. „Wir beginnen zu zeigen, dass KI die Lebensmittelentwicklung in eine quantitative Wissenschaft verwandeln kann, die auch in anderen wichtigen Bereichen Anwendung findet.“
Erste Geschmackstests bestanden
Anhand von 2.216 Burger-Rezepten von Food.com als Datenquelle lernt BurgerAI Muster bei der Kombination und Dosierung von Zutaten und generiert anschließend von Grund auf neue Burger-Rezepte. Die KI gleicht diese Merkmale dann mit den Vorlieben von Menschen hinsichtlich Geschmack und Textur ab. Das Ergebnis sind völlig neuartige Rezepte, die auf Geschmack, Nachhaltigkeit und Nährwert optimiert und anhand von Geschlecht, Alter und körperlicher Aktivität personalisiert sind.
Der ultimative Test war nicht rechnerisch, sondern kulinarisch: Die Forscher servierten mehr als 100 Gästen in einem Blindverkostungs-Test in einem Restaurant in San Francisco fünf professionell zubereitete, von der KI entworfene Burger. Im direkten Vergleich mit einem beliebten Fast-Food-Burger schnitten die beiden Varianten des „Delicious Burger“ von BurgerAI in Bezug auf Gesamtbeliebtheit, Geschmack und Textur gleich gut oder besser ab. Der „Mushroom Burger“ reduzierte die Umweltbelastung um mehr als eine Größenordnung, und der „Bean Burger“ erreichte etwa die doppelte Nährwertbewertung des Fast-Food-Burgers.
„Die KI hat nicht nur plausible Burger-Rezepte generiert – sie hat Burger kreiert, die echte Menschen genießen“, sagte Kuhl. „Das mag einfach klingen, aber es bedeutet, dass das Modell gelernt hat, was Essen für den menschlichen Gaumen attraktiv macht, und in der Lage war, sich in einem Entwurfsraum mit nahezu unendlichen möglichen Burger-Kombinationen zurechtzufinden, um praxisnahe Lösungen zu finden.“
Mehr als Buger: Proof-of-Concept für KI-Designfähigkeiten
Tac war wirklich überrascht, wie gut sich die nachhaltigen Burger bewährt haben. „Wir hatten mit einem Kompromiss zwischen Nachhaltigkeit und Verbraucherakzeptanz gerechnet“, sagte er. „Aber wir haben festgestellt, dass ein Burger mit deutlich geringeren Umweltauswirkungen dennoch mit einem der weltweit erfolgreichsten Burger konkurrieren kann.“
Für Tac und Kuhl geht es bei BurgerAI eigentlich gar nicht um Burger. Es ist ein Proof-of-Concept für die umfassenderen Designfähigkeiten der KI. Dasselbe generative Design-Framework könnte Auswirkungen auf andere wichtige Bereiche haben – Pharmazeutika, Werkstoffe, Biomoleküle und andere komplexe Systeme mit riesigen Designräumen. Wie bei Lebensmitteln, die ein Gleichgewicht zwischen Geschmack, Nährwert, Kosten und Nachhaltigkeit erfordern, müssen auch viele der größten gesellschaftlichen Herausforderungen konkurrierende Ziele in Einklang bringen. Wenn KI dabei helfen kann, Kompromisse bei der Rezepturentwicklung zu finden, so Kuhl, könnte sie auch dazu beitragen, neue Medikamente zu entdecken, fortschrittliche Materialien zu entwickeln und nachhaltigere Produkte zu schaffen.
„Der Burger ist nur der Anfang“, versicherte Kuhl. „Wir betrachten Lebensmittel als Modellsystem für eine viel umfassendere Vision: KI als Partner bei wissenschaftlichen und technischen Entdeckungen.“
