Mit zunehmender Verbreitung dieser Technologien entwickeln sich vielfältige Strategien. Führende Unternehmen vermarkten bereits mit künstlicher Intelligenz entwickelte Materialien und definieren die Möglichkeiten in Forschung und Entwicklung neu.
Die Umsätze von Anbietern von Materialinformatik-Dienstleistungen werden bis 2035 voraussichtlich eine robuste durchschnittliche jährliche Wachstumsrate von 9,0 % erreichen. Der Bericht untersucht zudem die transformative Wirkung des aktuellen Aufstiegs der künstlichen Intelligenz und hebt zahlreiche wegweisende Projekte im Bereich der Materialwissenschaften hervor. Darüber hinaus erläutert er die zugrundeliegenden Technologien, die diese digitale Transformation in Forschung und Entwicklung vorantreiben, und bietet den Lesern eine klare Vision der Zukunft der Innovation im Bereich intelligenter Materialien.
Was ist Materialinformatik?
Im Kern nutzt die Materialinformatik leistungsstarke Dateninfrastrukturen und maschinelle Lernverfahren, um die Entwicklung, Erforschung und Optimierung von Materialverarbeitungsprozessen zu beschleunigen. Durch die Integration datengetriebener Methoden in den gesamten F&E-Prozess – von der Hypothesenbildung über die Datenerfassung und -analyse bis hin zur Wissensgewinnung – transformiert die Materialinformatik traditionelle Arbeitsabläufe und ermöglicht intelligentere und schnellere Innovationen.
Über die Vorhersage von Materialeigenschaften hinaus ermöglicht die Materialcomputertechnologie das Reverse Design: Ausgehend von einer Reihe gewünschter Eigenschaften wird rückwärts das ideale Material entwickelt. Dieser Wandel reduziert die langwierigen Versuch-und-Irrtum-Prozesse, die die Materialentwicklung historisch geprägt haben, drastisch und macht die Forschung schneller, kostengünstiger und gezielter als je zuvor.
Die Materialinformatik stellt jedoch im Vergleich zu anderen KI-getriebenen Sektoren wie autonomen Fahrzeugen oder sozialen Medien besondere Herausforderungen dar. Datensätze sind oft lückenhaft, hochdimensional, verzerrt und verrauscht, sodass spezialisiertes Fachwissen erforderlich ist, um ihr volles Potenzial auszuschöpfen. Erfolgreiche Ansätze schließen die Lücke zwischen Materialwissenschaftlern und Datenwissenschaftlern, indem sie fundiertes Materialwissen mit fortschrittlicher Analytik kombinieren. Bei optimaler Integration wird die Materialinformatik zu einem unverzichtbaren Wegbereiter, der Forschung und Entwicklung beschleunigt und die Wirkung von Expertenwissen im gesamten Innovationsprozess verstärkt.
Wie wird die Situation des Sektors im Jahr 2025 aussehen?
In den letzten Jahren hat das wachsende Bewusstsein für die Notwendigkeit der digitalen Transformation in Forschung und Entwicklung die Einführung von Materialberechnungsverfahren durch Akteure der Materialindustrie – von Startups bis hin zu etablierten Konzernen – beschleunigt. Der Bedarf an datengetriebenen Methoden gewinnt in der Materialindustrie zunehmend an Bedeutung. Nahezu alle wichtigen Akteure des Sektors scheinen Materialberechnungsverfahren in irgendeiner Form zu nutzen, sei es durch Outsourcing, die Teilnahme an Konsortien oder die Entwicklung eigener Programme.
Mit dem Aufkommen von KI im Jahr 2023 hat das Interesse an Materialinformatik weiter zugenommen. Branchenvertreter erklärten gegenüber IDTechEx in Interviews für deren Bericht, dass die Einführung in der Vergangenheit eher von unten nach oben innerhalb der Unternehmen erfolgte, heute aber zunehmend von Führungskräften vorangetrieben wird, die den Einfluss von KI auf ihre Unternehmen demonstrieren möchten.
Bislang sind in den Jahren 2024 und 2025 mehrere beeindruckende neue Akteure aufgetaucht. Das Berliner Startup Dunia Innovations, das sich auf die Materialforschung mittels physikbasiertem maschinellem Lernen und Laborautomatisierung konzentriert, startete im vergangenen Oktober mit einer Finanzierung von 11,5 Millionen US-Dollar. Im März dieses Jahres kündigte Lila Sciences, ein in Cambridge, Massachusetts, ansässiges Biotech-Venture-Capital-Startup, Flagship Pioneering, eine Seed-Investition in Höhe von 200 Millionen US-Dollar an, um seine „wissenschaftliche Superintelligenz-Plattform und vollautonome Labore für Lebenswissenschaften, Chemie und Materialwissenschaften“ aufzubauen. Sowohl Dunia als auch Lila haben bemerkenswertes Interesse an heterogener Katalyse für Anwendungen wie die Produktion von grünem Wasserstoff gezeigt und damit das Potenzial des Material-Computing für eine nachhaltige Entwicklung unterstrichen.
Die Aktivitäten großer Technologieunternehmen im Bereich Materialinformatik haben seit 2023 an Bedeutung gewonnen. Microsofts Azure Quantum Elements, das KI-gestützte Selektion und beschleunigte Dichtefunktionaltheorie-Simulationen für die Materialentwicklung nutzt, verzeichnete eine steigende Anzahl veröffentlichter Anwendungsfälle in verschiedenen Materialbereichen, unter anderem bei Unternehmen wie Johnson Matthews, AkzoNobel und Unilever. Das KI-Forschungsteam von Meta veröffentlichte 2024 zudem einen umfangreichen Datensatz mit 110 Millionen Datenpunkten zu anorganischen Materialien, um die Materialforschung für Anwendungen wie nachhaltige Kraftstoffe und AR-Geräte zu fördern. In den nächsten fünf Jahren dürften die größten Herausforderungen für etablierte Anbieter von Materialinformatik das wachsende Interesse großer Technologie- und KI-Unternehmen an Materialien sowie die Eigenentwicklung von Materialinformatik-Plattformen durch die Materialunternehmen selbst sein.
Autor: Sam Dale, Senior Technology Analyst bei IDTechEx
