Das Gemological Institute of America (GIA) brachte in den 1930er Jahren die erste hochwertige Juwelierlupe auf den Markt. Die Lupe ist klein genug, um in einer Hand gehalten zu werden, und vergrößert Steine um das Zehnfache, damit Juweliere und Gemmologen sie auf Farbe und Reinheit prüfen können. Die Lupe hat die Gemmologie revolutioniert und ist auch heute noch weit verbreitet.
Da der Entdecker- und Innovationsgeist das GIA weiterhin beseelt, überrascht es nicht, dass das Institut auf künstliche Intelligenz (KI) als ideale Möglichkeit zur Optimierung des Diamantengraduierungsprozesses setzt. Pritesh Patel, Chief Operating Officer bei GIA, erklärt: „Wir haben im Laufe der Jahre viele verschiedene Instrumente in diese Branche eingeführt und die Analyse von Schliff, Karatgewicht und Farbe schon vor langer Zeit gelöst. Die Reinheit stellte die letzte Hürde dar, die mit Hilfe der KI überwunden werden konnte.“
Hohe Kapazität
Das GIA analysiert jährlich 4 Millionen Diamanten
Weit verbreiteter KI-Einsatz
Edelsteine, die voraussichtlich mit der KI-basierten Lösung analysiert werden: 70–80 % aller Diamanten
Vor diesem Hintergrund wandte sich Patel mit einer Vision an IBM® Research: Er war davon überzeugt, dass es mit den richtigen Fähigkeiten und der richtigen Technologie möglich sei, die Leistung der KI in der Cloud zu nutzen, um die Reinheit von Diamanten zu graduieren.
Nach Zustimmung von IBM Research nahmen die beiden Unternehmen die Entwicklung einer strategischen Partnerschaft auf: Das GIA liefert die spezialisierten Bilder sowie die Daten von mehreren Millionen Diamanten, die von seinen Diamantenexperten untersucht wurden, während IBM die KI-Funktionen und die Rechenleistung bereitstellt. Das Ergebnis dieser Partnerschaft ist der cloudbasierte KI-Ansatz des GIA zur Diamantengraduierung.
Die Bewertung der Reinheit eines Diamanten ist ein komplexer Prozess. Mit einer Lupe, einem Mikroskop oder einem Bild untersuchen Gemmologen jeden Diamanten akribisch auf Einschlüsse – winzige Besonderheiten, die in der Struktur des Steins eingeschlossen sind. Einschlüsse können winzige innere Flecken oder Risse sein, die von der Oberfläche in den Stein eindringen.
Höchst lupenreine Diamanten – d. h. Diamanten ohne jegliche Einschlüsse – sind extrem selten. Weniger als ein halbes Prozent aller weltweit von GIA bewerteten Diamanten fallen in diese Kategorie. Die überwiegende Mehrheit der Diamanten weist einen oder mehrere Einschlüsse auf, die zusammen jeden Stein einzigartig machen.
Nachdem IBM Research einen erfolgreichen Proof-of-Concept (POC) entwickelt hatte, der zeigte, dass KI tatsächlich dabei helfen kann, den Diamantengraduierungsprozess zu automatisieren, trat das IBM Global Cloud Acceleration Team (GCAT) auf den Plan und brachte das Projekt in die nächste Phase. Das GCAT-Team arbeitete mit dem DevOps-Team von GIA Engineering zusammen, um die Lösung vom POC in eine produktionsbereite Umgebung mit separaten Entwicklungs-, Test-, Produktions- und Disaster-Recovery-Clustern zu überführen.
Heute befindet sich die Lösung bereits in der Testphase und ist auf dem Weg zur vollen Produktion. Die GIA-Labors laden spezielle Bilder jedes Diamanten in eine IBM® Cloudant-Datenbank hoch, die in der IBM® Cloud gehostet wird. Die Middleware-Schicht des Systems besteht aus einem IBM Cloud Kubernetes Services-Cluster. Patel erläutert: „Wir haben uns für IBM Kubernetes Services entschieden, weil es uns die Flexibilität und die Rechenleistung bietet, um ein sehr hohes Datenvolumen zu verarbeiten.“
Der Cluster des GIA besteht aus drei NVIDIA K80 GPUs, von denen jeder über einen gemeinsam genutzten virtuellen Knoten und einen Bare-Metal-Knoten in einer serverlosen Architektur verfügt.. NVIDIA-GPUs eignen sich hervorragend für die Anforderungen des GIA, da sie hochauflösende Bilder schnell verarbeiten und so den gesamten Prozess beschleunigen können. Sie können auch den Zeitaufwand für die Validierung von KI-Algorithmen reduzieren.
Die neue Lösung analysiert jeden Diamanten mithilfe zweier benutzerdefinierter Algorithmenmodelle. Das Autoplot-KI-Modell erstellt eine visuelle Darstellung der Einschlüsse des Diamanten, und das Graduierungsmodell bewertet den Gesamtgrad des Diamanten. Diese Informationen werden dann über eine iPad-Anwendung an die Gemmologen des GIA gesendet, die den Autoplot auswerten und gegebenenfalls Änderungen vornehmen können. Diese Änderungen werden dann wieder in das System eingespeist, um den Reinheitsgrad neu zu bewerten, und können verwendet werden, um das KI-Modell erneut zu trainieren und damit seine Genauigkeit zu verbessern.
Das Anliegen des GIA, die Verbraucher zu schützen, ist die treibende Kraft hinter der Idee für ihre Innovationen. Das GIA hatte indes noch ein weiteres Ziel für das Projekt: ein Höchstmaß an Datensicherheit zu erreichen, um die Integrität der Diamantengraduierung zu schützen. Diamanten sind hochwertige Handelsgüter, weshalb der Schutz des Graduierungsprozesses von größter Bedeutung war. IBM Cloud App ID stellt sicher, dass das Hochladen und Verarbeiten der Diamantbilder mit fortschrittlichen Sicherheitsfunktionen wie Multifaktor-Authentifizierung, Single Sign On und benutzerdefinierten Passwortrichtlinien erfolgt.
„Die Übertragung der Daten von unseren Standorten in die Cloud ist sehr sicher", betont Patel. „Der Algorithmus, der die Arbeit in der Cloud erledigt, muss genauso geschützt werden wie die Formel für Coca-Cola. Alles, was wir in unsere Architektur integriert haben, ist darauf ausgelegt, die Sicherheit und Integrität des gesamten End-to-End-Prozesses zu gewährleisten."
Die Bilder werden mit IBM Cloud Object Storage gespeichert, einer kostengünstigen Speicherlösung, die alle Anforderungen des GIA an Skalierbarkeit und Zugänglichkeit erfüllt. IBM Cloud Object Storage bietet außerdem integrierte Verschlüsselung und richtlinienfähige, sperrbare, einmal beschreibbare und mehrfach lesbare (WORM) Speicher.
Während des gesamten Projekts stand das IBM Strategic Embedded Partnerships-Team (ESA) zur Verfügung, um eine für beide Seiten vorteilhafte strategische Partnerschaft zwischen den beiden Unternehmen zu entwickeln. Das ESA-Team sorgt nicht nur für Kontinuität und Unterstützung in geschäftlicher Hinsicht, sondern half auch bei der Schaffung der rechtlichen und geschäftlichen Struktur, die als Grundlage für diese Art von Partnerschaft dient.
Das GIA graduiert jedes Jahr Millionen von Diamanten. Patel rechnet damit, dass die neue Lösung 70-80 % dieser Bewertungen übernehmen wird, wobei sie sich in erster Linie auf eingereichte Diamanten geringerer Größe konzentriert, so dass sich die menschlichen Gutachter auf die komplizierteren Fälle konzentrieren können, in denen eine menschliche Bewertung für die Graduierung entscheidend ist.
Bis es soweit ist, wird jedoch noch einige Zeit vergehen. Derzeit setzt das GIA die Lösung in zwei seiner elf Labore ein und führt parallel KI- und menschliche Bewertungen durch, damit das Team die Algorithmen verfeinern kann. Mit der weiteren kontinuierlichen Unterstützung des GCAT-Teams will das GIA die neue Lösung schließlich in allen seinen Labors verfügbar machen.
Obwohl die Lösung noch in den Kinderschuhen steckt, kann Patel schon jetzt einige wichtige Vorteile erkennen. Der erste ist Effizienz. „Durch die Automatisierung der vielen Schritte, die jeder Diamant durchläuft, werden wir die Bearbeitungszeit für unsere Kunden erheblich verkürzen."
Die Lösung wird zudem sowohl die Genauigkeit als auch die Wiederholbarkeit verbessern. Auch wenn menschliche Diamantengutachter eine strenge Ausbildung durchlaufen, arbeiten sie innerhalb der Grenzen ihrer körperlichen Sinne. Wenn zwei Gutachter denselben Diamanten untersuchen, können sich ihre Bewertungen geringfügig unterscheiden. Mit der KI werden diese geringfügigen Unterschiede praktisch eliminiert, was dazu beiträgt, dass Diamanten präzise bewertet werden, wenn sie auf den Markt kommen.
Das GIA baut auf die Integrität und Genauigkeit der neuen Lösung. So wie sich die Einführung der Juwelierlupe in den 1930er Jahren auf die Branche der Diamantengraduierung ausgewirkt hat, wird dieses Projekt den Prozess auf ein völlig neues Präzisionsniveau heben.
„IBM verfügt über das Fachwissen in den Bereichen KI und Cloud Computing, um dieses Projekt wirklich als Ganzes umzusetzen“, sagt Patel. „Darum hat sich das GIA für die Zusammenarbeit mit IBM in diesem Bereich entschieden: Wir sind beide führend in unseren jeweiligen Bereichen und es war zwingend notwendig, mit IBM zusammenzuarbeiten, um die bestmöglichen Ergebnisse bei dieser für das GIA sehr wichtigen strategischen Initiative zu erzielen.“
Mehr erfahren: (Link befindet sich außerhalb von ibm.com) Mark Buntz, CMO des GIA, befragt Pritesh Patel, COO des GIA, darüber, wie diese innovative Zusammenarbeit mit IBM Verbrauchern, Gutachtern und der gesamten Branche zugute kommt.
Alle Bilder und Videos © GIA
Das 1931 gegründete Gemological Institute of America (Link befindet sich außerhalb von ibm.com) ist eine gemeinnützige Institution, die sich der Untersuchung und Bewertung von Edelsteinen und Perlen widmet. Das GIA bietet nicht nur erstklassige Analysen und Bewertungen an, sondern bildet auch angehende Gemmologen aus und gilt als weltweit führend in der gemmologischen Forschung. Das GIA hat seinen Sitz in Carlsbad, Kalifornien, und beschäftigt 2.500 Gemmologen.
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Hergestellt in den Vereinigten Staaten von Amerika, März 2021.
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