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GCRI · Künstliche Intelligenz und autonome Systeme

KI in der Wissenschaft

Machine learning now predicts protein structures, emulates weather and climate models, screens materials and helps analyse vast datasets. It can speed discovery, and it can also produce results that are hard to reproduce, overfit or rest on data leakage. This page sets out how AI is used in science, where it fails, how its results are checked, and what evidence serves the researchers, funders and journals involved.

02Die Frage

AI in science: how the risk develops.

Discovery and reproducibility. The dossier below sets out how the risk develops, what is measured, where the data come from, how it is modelled and who decides.

Mechanismus

Learning from data replaces some simulation

Models trained on simulations or observations can emulate expensive calculations quickly. They are reliable within the range of their training data and uncertain outside it.

Mechanismus

Leakage inflates results

When information from the test set reaches training, through duplicates, time overlap or preprocessing, reported accuracy overstates real performance. Leakage is a known cause of irreproducible ML science.

Mechanismus

Openness enables checking

Results can be verified only when code, data, models and settings are shared. Proprietary models and data limit independent checks.

Mechanismus

Scientists stay accountable

AI can suggest hypotheses and draft text, but researchers remain responsible for methods, interpretation and integrity. Journals and funders are setting rules for AI use.

03Monitoring

Modellregister.

Die Ansicht, die ein Team nutzen würde, um dieses Thema zu verfolgen: seine Messgrößen, Zustände und Entscheidungen. Namen sind Beispiele, Werte sind illustrativ.

Modellregister

AI in science · Model registry · Release gate

Ein Modell am Gate blockiertGCRI · Künstliche Intelligenz und autonome Systeme

Modelle

M-489 triage assistantÖffentlicher DienstHoch20 of 24 suitesBlockiert
M-530 flood nowcastWissenschaftMittel12 von 12Freigegeben
M-079 document searchInternNiedrig8 of 8Freigegeben
M-881 agent plannerAgentischHoch11 of 16Wird evaluiert

Modellkarte

Verwendungszweck
Triage-Unterstützung, Mensch entscheidet
Außerhalb des Umfangs
Förderfähigkeitsentscheidungen
Bekannte Grenzen
geringere Genauigkeit bei seltenen Fällen
Inhaber
Modelleigner

Vorfallprotokoll

  1. D-19INCErfundenes Zitat in der Zusammenfassung
  2. D-8MITRetrieval-Verankerung ergänzt
  3. D-3INCPrompt-Injection über hochgeladene Datei
  4. D-1MITWerkzeugberechtigung eingeschränkt

Evaluation scores

vs release threshold

Task accuracy81 of 85 requiredRobustheit68 of 75 requiredFairness gap (lower is better)3 of 5 requiredRefusal on misuse85 of 95 required
Model registry: the screen’s structure, terms and states for AI in science.Beispielnamen und beispielhafte Werte; ein Entwurf, kein Eintrag und kein Live-System.
04Domänenübergreifend

AI changes how each domain’s science is done.

05Methoden und Evidenz

How AI in science is modelled, measured and tested.

Das Modell, seine Annahmen, seine Daten und seine Unsicherheit in der Form, in der eine Wissenschaftlerin oder ein Ingenieur sie prüfen würde. Die Strukturen folgen veröffentlichten Methoden. Die dargestellten Werte sind illustrativ, keine Befunde.

Modell, Gleichungen und Annahmen

The model structure used for AI in science, the assumptions it makes and how each is tested.

Risiko des Elements iRi = f(Hi, Ei, Vi, Ci)Gefahr, Exposition, Verwundbarkeit und Bewältigungskapazität
Erwarteter jährlicher SchadenEAL = ∑k pk · Lküber Ereignisse k mit jährlicher Wahrscheinlichkeit pk
Gekoppelte Systemext+1 = A xt + B ut + εtA carries the couplings, u the shock, ε the error
AnnahmeWarum es entstehtWie es geprüft wird
Gefahr und Exposition sind innerhalb eines Ereignisses unabhängigHält das Schadensintegral berechenbarMit einer Copula-Anpassung an gemeinsamen Aufzeichnungen vergleichen
Kopplungen sind nahe dem Arbeitspunkt linearLässt Schocks sich über A ausbreitenÜber den linearen Bereich hinaus stören und vergleichen
Vulnerabilitätskurven lassen sich zwischen Orten übertragenLokale Kurven sind selten verfügbarAnhand beobachteter Schäden validieren, wo es sie gibt
Eingaben
versionierte Datensätze mit Herkunftsnachweis
Ergebnisse
Verteilungen, nie einzelne Zahlen
Code
mit Modellkarte und Tests veröffentlicht
Reproduktion
gleiche Daten, Code, Umgebung und Seed
Standardformulierungen für Risiko und Zustandsraum; die aufgeführten Annahmen sind für die Methode typisch und zur Prüfung benannt, keine Ergebnisse.
FAIR-Leitprinzipien · GO FAIR und FORCE11W3C PROV · World Wide Web ConsortiumHinweise zur einheitlichen Behandlung von Unsicherheiten · IPCCCEOS Analysis Ready Data · Committee on Earth Observation Satellites
06Indikatoren

Was gemessen wird und wie gut.

Jeder Indikator trägt seine Einheit, seinen Rhythmus, die Art der zugrunde liegenden Quelle und die Evidenzkennzeichnung, die ein Wert tragen würde. Es werden keine Werte gezeigt: Ein Programm liefert sie unter seiner eigenen Autorität.

IndikatorEinheitTaktQuellentypKennzeichnung
Studies sharing code and datapercent of published ML studiesje PrüfungPublication auditsBEOBACHTET
Leakage issues identified in reviewscount by typeje PrüfungReproducibility studiesBERICHTET
Out-of-distribution performanceerror on held-out regimesper evaluationModellevaluierungBEOBACHTET
Emulator error against reference simulationerror metricper evaluationValidation runsBEOBACHTET
Journals with AI use policiesAnzahljährlichPublisher policiesDEKLARIERT
Compute used for scientific model trainingfloating point operationsper modelModel documentationGESCHÄTZT
07Quellen

Woher die Evidenz stammt.

Benannte öffentliche Datensätze und institutionelle Aufzeichnungen, jeweils mit ihrer Lizenzklasse. Quellen auf Vereinbarungsbasis werden nur zu ihren Bedingungen genutzt und niemals weiterveröffentlicht.

QuelleWas es liefertLizenzklasse
Protein Data Bank and AlphaFold Protein Structure DatabaseExperimental and predicted protein structuresOpen, CC0 and CC BY 4.0 respectively
WeatherBench and related benchmarksStandard evaluation of data-driven weather modelsOpen, licence per benchmark (to check)
Princeton reproducibility studies on ML-based scienceSurvey of leakage and reproducibility failuresLicence per publication
Materials ProjectComputed materials properties for screeningOffen, CC BY 4.0
Publisher and funder policies on AI useRules on authorship, disclosure and reviewPublic, terms per publisher
08Entscheidungen

Wer entscheidet und wozu die Evidenz dient.

Studio Künstliche Intelligenz und autonome System prepares evidence. The decisions below are taken by the authorities named, under their own rules, and never by the platform.

Wer entscheidetDie FrageEvidenz, der diese Seite dient
Research teamsWhether an ML result is robust enough to publishLeakage checklists; validation protocols
Journals and reviewersWhat evidence to require for ML-based claimsReporting guidance; reproducibility evidence
ForschungsfördererHow to fund open models, data and compute for scienceOpenness and compute evidence

Ergebnisse, die dieses Thema hervorbringt

  • Leakage and reproducibility checklists for ML studies
  • Validation protocols for scientific emulators
  • Guidance on reporting AI use in research
  • Case studies of AI in specific sciences
09Kernfragen

What scientists ask about AI in research.

  • Does the AI-assisted result hold when tested independently, by experiment or observation?
  • Is the model, data and code available so others can reproduce it?
  • Has data leakage between training and evaluation inflated reported performance?
  • Does the model extrapolate beyond the conditions its training data covered?
10Mechanismen

How discovery and error both scale.

Machine learning finds patterns in large datasets faster than people can, and surrogate models can emulate expensive simulations, allowing many more scenarios to be explored. In fields with good data and clear validation, such as structural biology, the gains have been substantial.

The risks are equally systematic. Leakage between training and test data has produced inflated results across many disciplines. Models trained on past data may not respect physical laws when extrapolating. Generative Systeme can fabricate plausible references or data. And when models and data are proprietary, results cannot be checked.

11Methoden und Daten

Keeping AI-assisted science reproducible.

  1. 01

    Reporting standards

    Checklists covering data splits, leakage checks, baselines and uncertainty. Standards help only if journals and reviewers enforce them.

  2. 02

    Physics-informed and hybrid models

    Combining learned components with known physical constraints, using künstliche Intelligenz und maschinelles Lernen and high-performance, cloud and edge computing. Constraints reduce but do not remove extrapolation risk.

  3. 03

    Uncertainty estimation

    Ensembles and Bayesian methods from Wahrscheinlichkeit und Statistik to flag predictions the model is unsure of. Uncertainty estimates can themselves be miscalibrated.

  4. 04

    Open artefacts

    Publishing code, data and model weights where rights allow, so others can reproduce and challenge results.

13Where this page’s references

Where this page’s references lead.

Die Gremien und Dokumente, vor deren Hintergrund diese Seite gelesen wird. Status und Ausgaben ändern sich; jeder Link führt zur herausgebenden Stelle.

14Fragen

Fragen und Antworten.

What is data leakage in machine learning?
The unintended use of information from the test data during training or model selection, which makes performance look better than it would be on genuinely new data.
Can AI replace scientific simulation?
AI emulators can approximate simulations quickly within their training range, but they need validation and can fail for conditions they have not seen.
How should AI use in research be reported?
By stating which tools were used, for what, with what settings, and how outputs were checked, following the policies of the journal and funder.
Can AI replace experiments?
No. It can prioritise which experiments to run and emulate some simulations, but claims about the world still need testing against observation or experiment.
What is data leakage?
When information from the test set, or from the future, finds its way into training, so the model appears better than it is. It is one of the most common errors in applied machine learning.
Does the platform review scientific papers?
No. It studies methods and publishes guidance and case studies. Peer review remains with journals and the scientific community.
Are AI-generated hypotheses credited?
The platform’s outputs describe the role AI played in any work, so readers can judge the result; authorship and accountability stay with people.
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