»Das wird einen enormen Impact auf die Wirtschaft und die Gesellschaft haben«

Institutsleiter Prof. Dr. Albert Heuberger im Interview über kognitive Sensorik

Herr Heuberger, kognitive Sensorik ist neben Audio und Medientechnologien eines der beiden Leitthemen des Instituts. Aus welchen Gründen hat sich das Institut für diese beiden Forschungsgebiete als die zentralen Leitthemen des Instituts entschieden?

Bei Audio und Medientechnologie war das schnell klar: Dieser Forschungsbereich ist sehr profiliert. Hier verfügen wir über weltweite Technologieführerschaft. Daher werden wir dieses Thema weiterhin strategisch vorantreiben und haben es zu einem Leitthema gemacht.

Für das zweite Leitthema haben wir uns intensiv damit auseinandergesetzt, was die verbindende Klammer für die Arbeiten in all unseren Forschungsbereichen ist: Und das ist die Entwicklung und der Einsatz einer Sensorik, die zunehmend kognitiv wird. Mit »kognitiver Sensorik« haben wir eine griffige Bezeichnung gefunden, die unsere Arbeiten bündelt. Kognitiv bedeutet dabei, dass die Sensoren nicht nur Messwerte erfassen und mit Methoden der klassischen Signalverarbeitung vor-verarbeiten, sondern auch in der Lage sind, aus diesen Werten Schlussfolgerungen abzuleiten.

 

Denken die Sensoren also?

Denken wäre ein bisschen weit gefasst. Aber sie werden mit zusätzlichen Fähigkeiten ausgestattet, die auf Maschinenlernverfahren basieren. Die Sensoren werden dabei durch Erfahrungswissen aus der Umwelt angereichert, um bestimmte Muster und Trends aus den Signalen ableiten zu können.

 

Dass die Sensoren selbständig lernen ist also das Neue an dieser Sensorik?

Ja. Indem wir nun bei unserer Beschäftigung mit Sensorik und Datenübertragung nun auch maschinenlernbasierte Verfahren einsetzen, können wir viel mehr auswerten und daraus Erkenntnisse für mögliche Geschäftslogiken ableiten. Über die üblichen Instrumentarien von Signalverarbeitungstechniken erreichen wir nahezu keinen Fortschritt mehr. Durch die zusätzliche Technik des Maschinenlernens können ganz neue Möglichkeiten erschlossen werden. Das ist bereits in vollem Gange.

Ergeben sich daraus in erster Linie neue Möglichkeiten für Industrie und Wirtschaft? Oder kommen die Menschen auch in ihrem Alltag mehr und mehr damit in Berührung?

Durchaus! Ein großes Anwendungsfeld dieser Art von Sensorik ist beispielsweise das Auto: Sehr eingängig ist natürlich die Entwicklung der Fähigkeiten zum autonomen Fahren. Aber auch in anderen Bereichen, zum Beispiel zur Erkennung des Ermüdungszustands des Fahrers spielt diese Sensorik eine Rolle. Das kann auch so weit gehen, dass darüber hinaus auch der Gemütszustand des Fahrers erkannt wird. Daraus kann das Auto autonome Reaktionen ableiten, z.B. im einfachsten Fall Änderung des Unterhaltungsprogramms, aber auch Anpassung der Fahrwerksdynamik oder der Sensorik zur Umgebung – etwa durch Radarsensorik.

Eines der großen Anwendungsfelder der kognitiven Sensorik: Mobilität

»Setzt etwa eine Gießerei solche Systeme ein, kann sie damit eine deutliche Verbesserung der Produktqualität erzielen.«

Ihre Partner und Kunden sind die Wirtschaft und die öffentliche Hand. Für welche konkreten Anwendungsbereiche forschen und entwickeln Sie auf dem Gebiet der kognitiven Sensorik?

Derzeit fokussieren wir uns vor allem auf diese fünf Anwendungsfelder: Mobilität, Kommunikation im gesamten IoT-Umfeld, die menschlichen Sinne, Materialprüfung und Materialmonitoring sowie Versorgungsketten.

 

Können Sie ein konkretes Umsetzungsbeispiel aus einem dieser Gebiete nennen, bei dem kognitive Sensorik im Einsatz ist und welche Verbesserungen durch sie erzielt werden?

Das geschieht zum Beispiel beim Monitoring von Materialien in Bauteilen. Dabei geht es darum, über Röntgensensoren dreidimensionale Bilder von Bauteilen oder Werkstücken zu machen und aus diesen Bilddaten Schlüsse zu ziehen, wie zum Beispiel der Fertigungsprozess läuft und wie die Qualität der Fertigung ist. Hierbei werden maschinenlernbasierte Ansätze benötigt, um eine automatische Überwachung sicherzustellen. Setzt etwa eine Gießerei solche Systeme ein, kann sie damit eine deutliche Verbesserung der Produktqualität erzielen.

 

Das heißt, diese technologischen Lösungen funktionieren nicht nur für Konzerne, sondern sind auch für kleine und mittelständische Unternehmen konzipiert?

Auf jeden Fall! Es ist unsere Aufgabe, eine kritische Masse an Forschungskompetenz aufzubauen und den Auftraggebern aus der Wirtschaft zur Verfügung zu stellen. Das gilt insbesondere auch für kleine und mittlere Unternehmen. Und gerade diese KMUs benötigen oft nur einzelne Anwendungen, so dass sich für sie der Aufbau eigener Forschungsressourcen kaum lohnt. Da können wir dann unterstützen. Ein anderer Aspekt ist, dass wir den Auftrag haben, einzelne Technologiekomponenten bereitzustellen, die wir dann KMUs auf Lizenzbasis anbieten können.

»Diese Forschungsarbeiten werden die Zukunft der technologischen Entwicklung stark beeinflussen.«

Auf welche bestehenden Kompetenzen bauen Sie im Haus, um an diesem Thema zu forschen und zu entwickeln? Und welche wollen Sie noch ausbauen?

Entlang unserer bisherigen Innovationsketten in den Bereichen Schaltungen und Sensoren, Kommunikationstechnologien, Analytics und Auswertung, aber auch bei der Entwicklung von Dienstleistungen und Geschäftsmodellen werden schon heute eine ganze Menge von maschinenlernbasierten Techniken angewendet. Eine erhebliche Zahl – ungefähr 70 – an Forscherinnen und Forschern arbeitet bereits seit Langem mit Techniken, die für eine kognitive Sensorik gebraucht werden. Jetzt gilt es für uns herauszuarbeiten, welche Art von maschinenlernbasierten Techniken, Technologien und Verfahren wir für unsere zukünftigen Geschäfte brauchen. In den Ausbau dieser Methoden und Algorithmen wollen wir gezielt investieren.

 

Leistet das Fraunhofer IIS die Forschungsarbeit auf dem Gebiet der kognitiven Sensorik alleine, oder gehen Sie dabei auch Partnerschaften ein?

Die Forschung lebt von einem Austausch. Und im Fall der kognitiven Sensorik haben wir es mit einer vergleichsweise sehr jungen Disziplin zu tun, die in den letzten Jahren stark an Aktualität gewonnen hat. Aus diesem Grund bauen wir auf eine enge Verzahnung mit unserem strategischen Partner, der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg. Wir kooperieren aber auch mit weiteren Universitäten wie der LMU München, oder den Universitäten in Bamberg, Bayreuth und Passau und an anderen Standorten – sowohl national als auch international. Wir sind auf eine gute Vernetzung angewiesen, sonst hätten wir nicht die Möglichkeit, die Experten und Talente zu uns zu holen, die uns helfen, das Thema wirkungsvoll aufzubauen.

 

Welchen Nutzen haben diese Forschungsarbeiten für die Wirtschaft und die Gesellschaft?

Diese Forschungsarbeiten werden die Zukunft der technologischen Entwicklung stark beeinflussen. Neben anderen großen Forschungstrends wie der Biologisierung und der Energieversorgung wird die Ausstattung von Maschinen mit kognitiven Fähigkeiten einen enormen Impact auf die Wirtschaft und die Gesellschaft haben. Unsere Wettbewerbsfähigkeit hängt davon ab, ob wir in Deutschland technologisch auf diesem Feld mitspielen können. Daher ist es für uns nicht nur eine reizvolle Forschungsaufgabe, sondern geradezu eine Verpflichtung, uns damit zu beschäftigen. Wir wollen die Möglichkeiten der Technologien nutzen und die Zukunft aktiv gestalten. Tun wir das nicht, werden andere das gestalten...

 

Lenken wir den Blick wieder konkret auf Ihre Arbeit und in die Zukunft: Was haben Sie in Zukunft auf diesem Gebiet noch vor?

Wir wollen auf der Basis von kognitiven Sensoriken für all unsere operativen Bereiche neue Geschäfte und neue Möglichkeiten auftun. Zudem haben wir bereits neue Forschungsinitiativen gestartet: Mit unserem Partner, der Universität Erlangen-Nürnberg, planen wir derzeit das ADA-Center. Damit bauen wir einen Schwerpunkt der maschinenlernbasierten Forschung hier in der Metropolregion Nürnberg auf.

Eine weitere neue Initiative, den Campus der Sinne, empfinde ich als besonders spannend, denn dort geht es um die Digitalisierung der menschlichen Wahrnehmung über das Sehen und das Hören hinaus. Schon auf Grund der Tatsache, dass die komplexe menschliche Wahrnehmung in einer Maschine simuliert und nachvollzogen werden kann, ist beeindruckend. Zusammen mit unseren Partnern der Universität Erlangen-Nürnberg und des Fraunhofer IVV können wir hier die grundlegenden Geschmacks-, physiologischen und psychologischen Mechanismen des Menschen erforschen, digitalisieren und in nützliche Anwendungen für die Gesellschaft und Wirtschaft überführen.

In den nächsten fünf Jahren, wollen wir einen deutlichen Anteil unseres Ertrags mit kognitiver Sensorik machen.

 

Herr Heuberger, wir danken für das Gespräch.

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