Kommunikationssysteme

Vor 19 Jahren gründeten das Fraunhofer IIS und der Lehrstuhl für Informationstechnik (LIKE) ein digitales Campusradio. Im Forschungsprojekt sollten technische Neuerungen und digitale Rundfunksysteme erprobt und zusammen mit Studierenden der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) innovative, inhaltliche Konzepte entwickelt werden. Dem Stadium eines Forschungsprojektes ist das Campusradio inzwischen längst entwachsen. 2021 zog das Rundfunkstudio vom Erlanger E-Werk in das »blaue Haus« am Europakanal in Erlangen um. Anlässlich dieses Umzugs blicken wir zurück auf 19 Jahre einer fruchtbaren Zusammenarbeit.

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Dr. Marco Breiling (51) möchte die Zukunft Deutschlands mitgestalten. Der Elektroingenieur aus Erlangen sorgt für erfolgreiche High-Tech-Produkte »made in Germany«. Inspiriert von der Energieeffizienz eines Bienenhirns entwickelt sein Team schlaue Mikrochips, die sehr große Datenmengen energiesparend verarbeiten. Diese Leistung überzeugte auch die Jury des Pilotinnovationswettbewerbs »Energieeffizientes KI-System« des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF). Hier gibt Marco Breiling spannende Einblicke in sein Forschungsgebiet. 

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SEC-Learn (Sensor Edge Cloud für verteiltes Lernen) ist ein Projekt von elf Fraunhofer-Instituten, das einen großen Technologiesprung im Bereich der neuromorphen Hardware verspricht: Erstmals wird ein Chip für die Beschleunigung von Spiking Neural Networks (SNN) in Verbindung mit dem sogenannten Federated Learning entwickelt. Das bringt in der Praxis Vorteile für Unternehmen und Privatpersonen.

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»Flaschenhälse« sind nicht sonderlich beliebt – bringen sie mit ihrer Enge doch ganze Prozesse ins Stocken. Auch die Künstliche Intelligenz hat mit einem solchen Flaschenhals zu kämpfen. Genauer gesagt: Die Künstliche Intelligenz lässt sich auf herkömmlichen Computern nicht beliebig »verschnellern«, die Hardware braucht Zeit zum »Denken«. Wie wir dieses Problem lösen, lesen Sie hier.

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Rechnerarchitekturen, vom menschlichen Gehirn inspiriert – das klingt arg theoretisch und fern vom Alltag der meisten Menschen. Doch weit gefehlt: Die neuromorphe Hardware, die ein Forscherteam des Fraunhofer IIS und der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg FAU entwickelt hat, kann Vorhofflimmern frühzeitig erkennen und das Risiko für Schlaganfälle erheblich senken. Und hat damit eine ganz praktische und alltagsnahe Anwendung.

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Intelligenz in die Endgeräte zu bringen, das ist beim autonomen Fahren elementar. Schließlich bleibt im Verkehr keine Zeit, Sensordaten zunächst an eine Cloud zu schicken und dort intelligent auswerten zu lassen. Stattdessen sind schnelle Reaktionen gefragt. Forschende entwickeln im Projekt KI-FLEX neuromorphe Hardware, die die Integration der KI ins Auto erlaubt – in Form einer entsprechenden Plattform: Sie erlaubt, Künstliche Intelligenz flexibel direkt in die Fahrzeuge zu integrieren. Projektkoordinator Michael Rothe vom Fraunhofer IIS gibt Einblicke.

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Rasenmäh-Roboter sind nur begrenzt »schlau«: Bislang brauchen sie nach wie vor ein Begrenzungskabel, um nicht doch versehentlich den Rasen des Nachbargrundstücks mit einzukürzen. Mit Edge AI soll es möglich werden, Rasenmäher, Sensoren oder andere Endgeräte mit Künstlicher Intelligenz zu versehen – und zwar ohne die ermittelten Daten für die Intelligenz-Leistung an eine Cloud schicken zu müssen. Vielmehr sitzt die »Schlauheit« im Endgerät selbst. Dies kann jedoch in vielen Fällen nur mit äußerst energieeffizienten Spezial-Chips funktionieren, leistungsfähige Mikrocontroller-Chips sind oft ungeeignet: Sie verbrauchen zu viel Energie.

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Analog oder digital – diese beiden Begriffe sind den meisten Menschen gut bekannt. Dass es in punkto Künstlicher Intelligenz noch etwas »dazwischen« gibt, ist dagegen Expertenwissen. Dieses »Dazwischen« nennt sich »Spiking Neural Networks«. Ein Hoffnungsträger ist der Ansatz vor allem bei der Frage, wie sich die »Schlauheit« direkt in Endgeräte integrieren lässt. Der Kognitionswissenschaftler Johannes Leugering erläutert, was dahintersteckt.

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Edge AI soll die künstliche Intelligenz dorthin verlagern, wo sie gebraucht wird: In die Endgeräte. Dafür dürfen die Berechnungen jedoch nicht zu viel Energie verschlingen. In den ECSEL Projekten ANDANTE und TEMPO bringen Forscherinnen und Forscher des Fraunhofer IIS diese Zukunftstechnologie voran – mit der Entwicklung entsprechender Chips, Algorithmen und Tools.

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Manche Dinge kann man nur Hand in Hand bewältigen: So auch die Entwicklung von Chips, Algorithmen und Hardware, um künstliche Intelligenz direkt in die Endgeräte zu integrieren. Man spricht dabei auch von »Edge AI«  Warum ihre Zusammenarbeit auf dem Gebiet Egde AI so fruchtbar ist und inwiefern auch die Internationalität Vorteile bringt, erläutern Marco Breiling, Chief Scientist im Forschungsbereich Kommunikationssysteme am Fraunhofer IIS, und Dr. Loreto Mateu, Gruppenleiterin im Forschungsbereich Smart Sensing and Electronics des Fraunhofer IIS.

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Obwohl 5G die Kapazität der Mobilfunknetze enorm verbessert, ist bei der Mobilfunkkommunikation immer noch Luft nach oben. Wer an die Zukunft denkt, arbeitet deswegen schon am Standard 6G. Einer seiner größten Vorteile: die Integration von KI – damit kann das Netz flexibel an unterschiedliche Bedürfnisse angepasst werden. Bernhard Niemann erklärt im Interview, warum das Fraunhofer IIS an 6G forscht, wie der Zukunftsstandard nutzen wird und welche technischen Herausforderungen die Forscher meistern müssen.

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Prof. Albert Heuberger, Institutsleiter des Fraunhofer IIS, erläutert, welche Rolle die Forschung bei der Entwicklung und beim Einsatz von 5G spielt und wie Anwender davon profitieren können.

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5G ist mehr als Mobilfunk, weil der Standard neben schnellem Internet auch neue Industrie- und Mobilitätsanwendungen ermöglicht.

Die Technologieentwicklung für 5G umfasst das Konzipieren von Bertragungslösungen, die Prototypenerstellung und das Testen.

Nach Veröffentlichung des Standards müssen die Anwendungen erprobt werden. Dafür sind spezielle Testeinrichtungen erforderlich.

Zum Beitrag im Jahresbericht 2018