Themenspecial „Künstliche Intelligenz“
Im vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Wissenschaftsjahr dreht sich 2019 alles um das Thema Künstliche Intelligenz (KI). Schon heute bestimmen Anwendungen, die auf Digitalisierung und Maschinellem Lernen beruhen, weite Bereiche unseres Lebens: Von virtuellen Assistenzsystemen über Industrieroboter bis hin zu humanoiden Pflegekräften – die intelligenten Maschinen nehmen uns viel Arbeit ab. Wie diese Systeme funktionieren und welche gesellschaftlichen Implikationen es dabei gibt, erörtern Paderborner Wissenschaftler*innen im Rahmen eines Themenspecials. Dabei liegt der Fokus auf ihrer Forschung, mit der sie die Entwicklung mitgestalten.
Wie Künstliche Intelligenz Unternehmen und Einsatzkräfte unterstützen kann
Von den einen werden qualitativ hochwertige Produkte erwartet, die effizient und ressourcenschonend produziert sind und im globalen Wettbewerb bestehen, bei den anderen geht es im Zweifelsfall um Leben und Tod: Industrieunternehmen und Einsatzkräfte des Zivil- und Katastrophenschutzes stehen unter enormem Druck. Prof. Dr.-Ing. Rainer Koch und sein Team vom Fachgebiet „Computeranwendung und Integration in Konstruktion und Planung“ der Universität Paderborn erforschen, wie sich Konstruktions- und Planungsprozesse in der Industrie sowie im Zivil- und Katastrophenschutz durch den Einsatz von Informationstechnologien optimieren lassen. Dabei könnte Künstliche Intelligenz künftig eine wichtige Rolle spielen und Unternehmen wie Einsatzkräfte entlasten.
Durchblick im Daten-Dschungel
In Konstruktions- und Planungsprozessen von Unternehmen werden Daten generiert, die durch vernetzte Systeme abruf- und auswertbar sind und gewinnbringend eingesetzt werden können. Doch es gibt ein Problem: Das menschliche Gehirn hat Schwierigkeiten, Muster und Strukturen in großen Datenmengen zu erkennen. Hier kommt Künstliche Intelligenz ins Spiel: „Künstliche Intelligenz ist in der Lage, in großen Datenmengen Muster und Zusammenhänge zu erfassen. So lassen sich industrielle Prozessdaten gezielt auswerten. Darauf aufbauend kann ein Unternehmen seine Produktionsabläufe optimieren, effizienter arbeiten und Ressourcen schonen“, erläutert Rainer Koch.
3D-Druck mithilfe von Künstlicher Intelligenz
Schon heute lässt sich das sogenannte „Maschinelle Lernen“ in der Industrie einsetzen – etwa in der additiven Fertigung, auch bekannt als 3D-Druck. Beim Maschinellen Lernen, einem Teilgebiet von Künstlicher Intelligenz, trifft eine KI auf Basis von Daten Entscheidungen. „In der additiven Fertigung können mit Künstlicher Intelligenz beispielsweise kleinste Fehler während der Fertigung erkannt werden. Daneben kann eine KI aus den vorherrschenden Umständen bei der Produktion und der Nutzung eines Bauteils vorhersagen, ob und wo Fehler zu erwarten sind“, erklärt Koch und ergänzt: „Künstliche Intelligenz kann außerdem helfen, die Prozesse der additiven Fertigung zu unterstützen, indem etwa der Bauraum automatisch nach zuvor definierten Anforderungen wie Oberflächengüte, Steifigkeit oder Festigkeit genutzt wird.“
Im Forschungsprojekt „OptiAMix“ entwickeln Koch und sein Team durchgängig automatisierte Produktentstehungsprozesse für additiv gefertigte Bauteile. Dabei setzen sie zukünftig auch auf Künstliche Intelligenz: „In unserem Projekt werden verschiedene KI-gestützte Verfahren evaluiert, um z.B. Bauteile effizienter auswählen zu können“, so Koch.
Im Einsatzfall werden ausgewertete Social-Media-Daten bereitgestellt
Wie in der industriellen Produktion kann Künstliche Intelligenz auch im Zivil- und Katastrophenschutz helfen. Rainer Koch: „KI-Systeme können den Entscheidungsprozess unterstützen, indem sie im Hintergrund Datenmengen auswerten, die den Einsatzkräften vor Ort nicht zur Verfügung stehen oder die zu komplex sind, um sie in kurzer Zeit zu berücksichtigen.“ Ein konkretes Anwendungsbeispiel bietet Social Media mit Facebook, Twitter und Co.: Hier lassen sich mithilfe von Künstlicher Intelligenz während eines Einsatzes Daten von öffentlich zugänglichen Nachrichten klassifizieren und clustern. „Wenn in Großschadenslagen die Aktivität in sozialen Medien steigt, können Einsatzkräfte über KI auf bereits ausgewertete Social Media-Informationen zurückgreifen. So werden sie vor Ort nicht mit ungeordneten Informationen überflutet und sind weiter handlungsfähig“, erklärt der Wissenschaftler.
Künftig wäre auch ein Einsatz von Künstlicher Intelligenz zu Vorhersagezwecken in der zivilen Gefahrenabwehr denkbar, so Koch: „Eine KI kann auf Basis von Sensordaten einschätzen, welche Schäden und Einsätze wann und wo zu erwarten sind und so die Einsatzkräfte bereits auf den Weg schicken, bevor der Schadensfall eintritt.“
Im Forschungsprojekt „ANYWHERE“ nutzen Koch und seine Kollegen Künstliche Intelligenz bereits, um Daten für Vorhersagen auszuwerten. Im Projekt wird eine gesamteuropäische Plattform mit einer Reihe von Tools entwickelt. Sie soll es Behörden und Katastrophenschutzorganisationen künftig ermöglichen, extreme Klima- und Wettersituationen frühzeitiger als bislang vorab zu identifizieren. „Im Projekt werten wir mithilfe von KI nutzergenerierte Daten aus. Die KI klassifiziert eintreffende, vom Bürger bereitgestellte Informationen und verknüpft sie mit weiteren, über die ANYWHERE-Plattform verfügbaren Ereignisdaten. Das Ziel ist es, sicherheitskritische Auswirkungen vorherzusagen und die Gefahrenabwehr vorzubereiten“, führt Koch aus.
Künstliche Intelligenz kann Kreativität und situatives Handeln nicht ersetzen
KI-Systeme, die systematisch Daten auswerten, bieten Unternehmen und Einsatzkräften also neue Möglichkeiten. Durch Fortschritte bei Künstlicher Intelligenz entstehen auch in der Robotik neue Möglichkeiten. „Sie wird in der Industrie bereits eingesetzt, um etwa Transport-, Lager und Produktionssysteme zu optimieren. Im Zivil- und Katastrophenschutz wiederum können Roboter auf Basis geeigneter Einsatzdaten teilautonom handeln und Einsatzkräfte unterstützen – gerade in für Menschen gefährlichen Situationen“, erläutert Koch.
Dass Künstliche Intelligenz den Menschen eines Tages überflüssig macht, hält der Wissenschaftler aber für ausgeschlossen: „Ingenieure müssen Entscheidungen treffen und führen in der Konstruktion und Planung einen kreativen Prozess aus. KI kann bei Aufgabenstellungen unterstützen, nicht aber die Kreativität eines Ingenieurs ersetzen. Im Zivil- und Katastrophenschutz ist es ähnlich: Während eines Einsatzes müssen Einsatzkräfte situativ schnell Entscheidungen treffen und intuitiv auf neue Situationen reagieren. Das kann absehbar nicht durch KI ersetzt werden. Außerdem müssen Einsatzkräfte Standardprozeduren einschließlich spontan erforderlicher Abweichungen generell ohne IT-Unterstützung beherrschen. Durch die Vielzahl möglicher Variablen, die sich bei einem Einsatz ergeben, dürfte es auch schwierig sein, von KI-Systemen situationsspezifische Handlungsempfehlungen zu erhalten.“
Künstliche Intelligenz detailliert erforschen und behutsam einsetzen
Rainer Koch plädiert dafür, Künstliche Intelligenz behutsam anzuwenden – insbesondere in sensiblen Bereichen: „In Unternehmen müssen Entscheidungen transparent und nachvollziehbar sein. Wenn der Konstruktions- und Planungsprozess durch den Einsatz von Künstlicher Intelligenz komplexer wird, muss gerade in sicherheitskritischen Bereichen gewährleistet sein, dass die Technologie nicht oder nur eingeschränkt autonom handelt und Gründe für dieses Handeln stets unmittelbar nachvollziehbar sind. In der zivilen Gefahrenabwehr wiederum wird der Einsatz von KI vielfach noch erforscht. Hier müssen Chancen erst noch geschaffen und Risiken reduziert werden, damit marktreife, für Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben angepasste KI-Lösungen bereitgestellt werden können.“
Text: Simon Ratmann, Stabsstelle Presse und Kommunikation
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