Anwendungen künstlicher Intelligenz

Überblick und wichtige Einsatzfelder

Künstliche Intelligenz (KI) wird in Wissenschaft, Wirtschaft und Militär eingesetzt. Sie unterstützt vor allem Aufgaben, bei denen sehr viele Daten ausgewertet, Muster erkannt, Vorhersagen erstellt oder Entscheidungen vorbereitet werden. Je nach Bereich arbeiten dabei regelbasierte Systeme oder lernfähige Modelle, zum Beispiel neuronale Netze und maschinelles Lernen.

In Unternehmen betrifft dies etwa Produktion, Logistik, Personalmanagement und Kundenkommunikation. Neben der technischen Infrastruktur sind organisatorische Anpassungen, rechtliche Klärungen und neue Kompetenzen nötig. Besonders mittelständische Unternehmen investieren laut Untersuchungen verstärkt in KI, um Effizienzpotenziale zu nutzen und die digitale Transformation voranzutreiben.

Im Marketing verschickt KI beispielsweise Werbe-E-Mails, übernimmt Kundendienst durch Social Bots und Chatbots, analysiert Markt- und Kundendaten auf Basis von Big Data und erstellt personalisierte Werbung, Empfehlungen, Suchergebnisse sowie programmierte Abläufe. Nach einer Umfrage des Marketing AI Institute von 2024 nutzen 99 % der Marketer KI in irgendeiner Form; 26 % experimentieren aktiv damit. 2023 lag dieser Anteil bei 45 %, was im Artikel als Hinweis auf einen routinierteren und professionelleren Umgang mit KI-Tools gedeutet wird.

Medizin, Recht, Steuern und Bildung

In der Medizin gilt KI neben Vernetzung und medizinischer Robotik als dritte große Säule der digitalen Medizin. Besonders in Krankenhäusern kann sie medizinische und administrative Prozesse beeinflussen, etwa durch Entscheidungsunterstützung in Echtzeit oder Bestandsmanagement. Deshalb werden KI-Strategien für medizinische Einrichtungen wichtiger.

Im Rechtswesen kann KI einen Teil der Aktenanalyse übernehmen. Sie wird mit Millionen von Dokumenten, Fallbeispielen und juristischen Anträgen trainiert und kann anschließend für einen Fall relevante Dokumente markieren. McKinsey schätzte 2017, dass rund 22 % der Arbeit von Anwälten und 35 % der Arbeit von Rechtshelfern mit KI automatisiert werden könnten. JPMorgan nutzt nach eigenen Angaben Contract Intelligence, das Daten in Sekunden analysiere, für die Juristen und Rechtshelfer sonst 360.000 Stunden benötigten. In der Steuerberatung können KI und besonders Chatbots Recherche beschleunigen und Fragen von Mandanten beantworten.

In der Schulbildung können Chatbots das Sprachenlernen unterstützen. Maschinelles Lernen kann Lernangebote an den Lernstand anpassen, Big Data Bildungsverläufe prognostizieren und Selektionsentscheide steuern, und Korrekturtools können Abgaben teilweise automatisch bewerten. An Hochschulen helfen automatisierte Assessments beim Wissenserwerb, Learning Analytics bei der Optimierung digitaler Angebote, adaptive Lernumgebungen bei individuellen Bedürfnissen und Empfehlungssysteme bei der Wahl von Fächern, Kursen, Stipendien oder Literatur. Beispiele für Chatbots sind Eliza, Mitsuku und Jill Watson; MathSpring ist ein Beispiel für eine adaptive Lernumgebung.

Eine Studie von 2024 verglich KI-generierte Lehrvideos mit 48 Studierenden, konventionelle Vorträge mit 52 Studierenden und beide Formen mit acht Studierenden. Bei KI-Inhalten war das Engagement geringer, die akademischen Leistungen waren aber vergleichbar. Studierende berichteten teils Ablenkung, Unbehagen und Entfremdung durch den KI-Dozenten; bei interessantem Thema oder konzentrierter Lernabsicht konnten sie diese Eindrücke ignorieren.

Robotik, Verkehr, Bau und Klimaschutz

Ein zentrales KI-Anwendungsfeld ist die Robotik. KI hilft Industrie-, Service- und humanoiden Robotern, ihre Umgebung mit Computer Vision und maschinellem Lernen zu erfassen, Bewegungen zu planen und sich an neue Situationen anzupassen. In Industrie 4.0 können Roboter Objekte selbstständig erkennen, sortieren oder montieren. Humanoide Roboter nutzen zusätzlich natürliche Sprachverarbeitung und Emotionserkennung, um in Pflege, Bildung oder Service sozial zu interagieren und Mimik, Gestik sowie Sprache anzupassen. Über VR- oder AR-Schnittstellen können Roboter in Telepräsenz und Teleoperation ferngesteuert werden; KI-Bewegungsmodelle optimieren dabei die Steuerung.

Im Bauwesen ist KI laut Artikel noch nicht flächendeckend eingesetzt. 8 % der befragten Baufirmen gaben etablierte KI-Prozesse an; einschließlich Pilotvorhaben und geplanter Einführung planen 53 % mittelfristig KI-Systeme. Einsatzfelder sind generatives Design, Projektmanagement, Bauteil- und Materialanalysen, Entsorgungs- und Recyclingmanagement sowie Immobilienmanagement. Die Datengrundlage aus BIM (Building Information Modeling) kann dafür genutzt werden. KI kann Planung und Energiesimulation unterstützen, Baufortschritte kontrollieren, Risiken und Verzögerungen erkennen sowie im Betrieb durch Sensorik, vorausschauende Instandhaltung und Energieoptimierung Kosten senken.

In Logistik und Verkehr nutzt die Deutsche Bahn seit einem 2023 bekannt gewordenen Projekt KI zur Verbesserung der Zugpünktlichkeit. Nach einem Pilotprojekt in Stuttgart wurde es auf das Rhein-Main-Gebiet und Berlin erweitert.

Für den Klimaschutz kann KI Satellitenbilder auswerten: etwa für Treibhausgasemissionen, Energieeffizienz von Gebäuden sowie Abholzung und Aufforstung. NASA Harvest und der Copernicus Land Monitoring Service sind Beispiele. KI analysiert außerdem Wind- und Solarenergie, Verkehrsaufkommen und Extremwetter. Open Climate Fix entwickelt Open-Source-Modelle für Nowcasting: Wolken auf Satellitenbildern und weitere Daten dienen zur sehr genauen Vorhersage der Solarstromproduktion für die nächsten Stunden. KI kann Teile von Klimamodellen näherungsweise nachbilden, Stromnetze optimieren und Stadtplanung unterstützen, ersetzt physikalische Klimamodelle aber nicht.

Chemie, Software und Mathematik

In der Chemie erhöhen intelligente Roboter den Massendurchsatz in Großlaboren. Neuronale Netze durchsuchen große Datenmengen, erkennen Muster und treffen Vorhersagen über Reaktivität, Löslichkeit und Toxizität. KI kann Moleküle für bestimmte biologische Targets entwerfen und damit Wirkstoffentwicklung beschleunigen sowie Kosten und Ressourcenverbrauch verringern. Sie kann außerdem Syntheserouten für Zielverbindungen analysieren und optimieren; maschinelles Lernen berücksichtigt dafür frühere Erfahrungen und Reaktionstrends. Ein Problem ist der vergleichsweise geringe Bestand an offenen und FAIRen Forschungsdaten.

In der Softwareentwicklung unterstützen KI-Werkzeuge Codevervollständigung, Fehlererkennung und Dokumentation; genannt werden GitHub Copilot sowie ähnliche Systeme von AWS, Google und OpenAI. Bei Code-Generation übersetzen Modelle natürlichsprachige Eingaben in ausführbaren Code, beispielsweise in Python, Java oder JavaScript. Weitere Aufgaben sind Codeanalyse und -optimierung, Testgenerierung, Wartung von Legacy-Systemen und das Erkennen von Sicherheitslücken.

Mathematik verwendet formale, schrittweise Argumentation. Large Language Models (LLM) wie GPT-4 Turbo, Gemini Ultra, Claude Opus, LLaMa-2 und Mistral Large arbeiten dagegen mit Wahrscheinlichkeitsmodellen und können Halluzinationen, also falsche Antworten, erzeugen. Sie benötigen daher große Datenbestände mathematischer Probleme sowie überwachte Feinabstimmung oder trainierte Klassifikatoren mit menschlich vorgegebenen Daten. Eine Studie von 2024 zeigte, dass bestimmte KI-Sprachmodelle bei Aufgaben mit Anforderungen an logische Herleitungen schlecht abschneiden, wenn diese Aufgaben nicht vortrainiert wurden. Spezialisierte Modelle mit höherer Präzision, auch für Theorembeweise, sind AlphaTensor, AlphaGeometry, AlphaDev, AlphaProof, AlphaEvolve, OpenAIo3, Llemma und Julius. Konverter können natürlichsprachige Anfragen in formale Sprachen wie Lean übertragen.

Spiele, immersive Medien, Film und Militär

In Computerspielen steuert KI meist Nicht-Spieler-Charaktere (NPCs), also simulierte Verbündete oder Gegner. Sie berechnet auch Routenfindung, prozedurale Generierung und Funktionen beim Streckenbau. KI-Gegner können einen einstellbaren Schwierigkeitsgrad haben, sich an Spielverhalten anpassen oder aus Fehlern lernen. Ihr Verhalten kann jedoch durch das Umgehen bestimmter Muster überlistet werden; Realismus und Gameplay werden daher oft an der KI gemessen. In Strategie-Brettspielen ersetzt KI menschliche Gegner. Beispiele für Erfolge gegen Profispieler sind Backgammon, Schach, Checkers, Go und StarCraft II. AlphaGo besiegte 2016 Lee Sedol, den 18-maligen Go-Weltmeister, unter Turnierbedingungen 4:1. AlphaZero gewann Ende 2017 deutlich gegen Stockfish in 100 Partien, und Alpha Star besiegte 2019 Top-Spieler in StarCraft II 10:1.

In immersiven Medien wie Smartglasses und Extended Reality (XR) ermöglicht KI Objekterkennung, Gestensteuerung und semantische Segmentierung, also die Zuordnung von Bildbereichen zu Bedeutungen. Sprach-, Mimik- und Gestenerkennung erlauben Eingaben ohne klassische Geräte. KI erzeugt außerdem angepasste Trainingsszenarien, Simulationen und virtuelle Prototypen und verbindet VR/AR mit Teleoperation von Robotern.

In Film und Fernsehen war Sunspring 2016 der erste Kurzfilm mit einem KI-geschriebenen Drehbuch. Ein Medienunternehmen auf Hawaii nutzte im September 2024 KI-generierte Nachrichtensprecher für Live-Berichte, stellte die Sendung aber nach weniger als drei Monaten wegen zu geringer Zuschauerzahlen ein.

KI-unterstützte Waffensysteme erhielten seit dem russischen Angriffskrieg auf die Ukraine ab Februar 2022 verstärkte Aufmerksamkeit; Bundeswehr und private Rüstungswirtschaft in Deutschland entwickeln und implementieren solche Systeme. Die Behauptung eines U.S.-Air-Force-Colonels von Mai 2023, eine KI habe in einer Übung den Kontrollturm angegriffen, war laut späterer Klarstellung des U.S.-Militärs nur ein Gedankenexperiment. DARPA testete von Dezember 2022 bis September 2023 den umgerüsteten F-16 X-62A VISTA in rund 21 Flügen. Im September 2023 trat er gegen einen menschlichen Piloten in einer anderen F-16 an; das ACE-Programm sollte einen Demonstrator für kollaborative Luftkämpfe zwischen Mensch und Maschine liefern.

Bild-, Kunst- und Produktgestaltung

Neuronale Netze können Fotos im Stil bekannter Künstler wie Van Gogh oder Edvard Munch umsetzen oder Bilder aus weißem Rauschen erzeugen. 2017 stellte die Rutgers-Universität eine mit etwa 80.000 westlichen Kunstwerken trainierte KI vor. In einem Blindtest hielten 52 % der Testpersonen echte, auf der Art Basel gezeigte Werke für computergeneriert; bei KI-Bildern nahmen dies 25 % an. Das KI-Werk „Portrait of Edmond de Belamy“ wurde im Oktober 2018 bei Christie’s für 432.500 Dollar versteigert, obwohl sein Verkehrswert zunächst auf 7.000 bis 10.000 US-Dollar geschätzt worden war. Die Gruppe Obvious trainierte dafür eine KI mit 15.000 Gemälden aus dem 14. bis 20. Jahrhundert.

Seit 2022 stehen Text-zu-Bild-Systeme wie Midjourney, DALL-E und Stable Diffusion zur Verfügung. Sie erzeugen Bilder über Wortanweisungen, sogenannte Prompts, und können auch eigene Bilder als Beispiele verwenden. Ab 2023 erreichten KI-Bilder laut Artikel teilweise Fotorealismus, sodass etwa ein Bild von Papst Franziskus im modischen Wintermantel und ein simuliertes Bild eines Angriffs auf das Pentagon zunächst für echte Fotos gehalten wurden.

KI wird auch für Video und Musik eingesetzt. Joseph Ayerle erzeugte 2018 neue Sequenzen einer KI-erschaffenen Ornella Muti. Für „Fellini Forward“ (2021) wurden KI-Werkzeuge genutzt, um Muster in Fellinis Werken zu erkennen. Musik-KI kann nach Vorgaben wie Genre, Länge und Instrumentierung innerhalb von Sekunden Stücke komponieren; Menschen können diese auswählen, sortieren und zusammensetzen, was Kuratieren genannt wird. Kontrovers ist, ob KI Urheber eines Kunstwerks sein kann. Nach § 2 II UrhG sind Werke nur „persönliche geistige Schöpfungen“; ein ausschließlich maschinell geschaffenes Werk fällt nach der dargestellten einheitlichen Ansicht nicht darunter, wenn die menschliche Kontrolle über Prozess und Ergebnis fehlt.

Im Produktdesign entwickelten Autodesk und Philippe Starck den A. I. Chair nach eigenen Angaben als ersten gemeinsam von KI und Menschen entwickelten Stuhl. Die NASA nutzt seit spätestens 2023 eigene KI-Software, um Bauteile für Raumfahrzeuge und andere Geräte optimal zu gestalten; deren organisch wirkende Formen unterscheiden sich deutlich von menschengemachtem Design.