JAHRESBERICHT

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1 JAHRESBERICHT FZI FORSCHUNGSZENTRUM INFORMATIK

2 FZI-Jahresbericht Juni 2015 Herausgeber: Der Vorstand des FZI Prof. Dr. Andreas Oberweis Prof. Dr. Ralf Reussner Jan Wiesenberger Prof. Dr.-Ing. J. Marius Zöllner FZI Forschungszentrum Informatik Gemeinnützige Stiftung des bürgerlichen Rechts, Az: , RP Karlsruhe Vorstand: Andreas Oberweis, Ralf Reussner, Jan Wiesenberger, J. Marius Zöllner Vorsitzender des Kuratoriums: Ministerialdirigent Günther Leßnerkraus

3 DER FZI-JAHRESBERICHT AUF EINEN BLICK UNSERE ANWENDUNGSFELDER DAS FZI HOUSE OF LIVING LABS Automation und Robotik Produktion und Logistik WIR ÜBER UNS Energie Organisation Mobilität Unsere Forschungsbereiche Gesundheitswesen Zahlen, Daten, Fakten Wissen und Informationsdienste Software-Entwicklung PUBLIKATIONEN Ausgewählte Veröffentlichungen EREIGNISSE UND AKTIVITÄTEN Dissertationen 30 Jahre FZI Netzwerken Ausgezeichnet Personelles MEHR INFORMATIONEN Links zu Webseiten mit weiter- führenden Informationen

4 INHALTSVERZEICHNIS Vorwort... 6 Anwendungsfelder Automation und Robotik Produktion und Logistik Energie Mobilität Gesundheitswesen Wissen und Informationsdienste Software-Entwicklung Ausgewählte Projekte Neuro-Robotik für das EU-Flagship Human Brain Project Simulative Unterstützung bei der Neubauplanung der St. Vincentius-Kliniken Sol2Heat: Sonnenenergie maximal nutzen für Wärme- und Stromversorgung AutoPLES: Automatisiertes Parken und Laden von Elektrofahrzeug-Systemen Integration von AAL-Technik zur Notfall erkennung in die häusliche Umgebung MIRROR: Apps und Sensoren unterstützen das Lernen am Arbeitsplatz SAFE: Safe Automotive Software Architecture... 38

5 FZI House of Living Labs Ereignisse und Aktivitäten 30 Jahre FZI 30 Jahre Wissens- und Technologietransfer Netzwerken Ausgezeichnet Personelles Wir über uns Wer wir sind und was wir tun Der Vorstand des FZI Das Kuratorium des FZI Die Direktoren des FZI Unsere Forschungsbereiche Zentrale Aufgaben Zahlen, Daten, Fakten Publikationen Ausgewählte Veröffentlichungen Dissertationen Impressum... 95

6 6 Vorwort LIEBE LESERINNEN UND LESER, Die digitale Herzkammer Baden-Württembergs ist Karls ruhe! mit diesem Statement eröffnete Minister Dr. Nils Schmid unter Sonderapplaus seine Festrede auf der 30-Jahr-Feier des FZI. Über 30 Jahre hat sich das FZI für diese Herzkammer aus Karls ruhe heraus stark engagiert: bereits seit unserer Gründung verfolgen wir unsere Aufgabe des Technologie- und Wissenstransfers, sind aber heute in der Region viel breiter aufgestellt und richten uns an dem aktuellen Forschungsbedarf der Unternehmen in Baden-Württemberg aus. Auch das Umfeld des FZI mit vielen mittelständischen High-Tech-Unternehmen und eine Region, die in zunehmendem Maße durch Informatikkompetenz geprägt wird, sind hervorragende Voraussetzungen dafür, um die regionale IKT-Kompetenz landesweit ausdehnen zu können. Zweifelsohne ist auch die fachliche Anbindung an das KIT für uns von größter Bedeutung: Wir leben die enge Kooperation mit dem KIT und wollen sie ständig weiterentwickeln, wovon beide Seiten profitieren. Durch die Unterstützung des Landes Baden-Württemberg, unsere enge Kooperation mit dem High-Tech-Unternehmernetzwerk CyberForum e. V., die gute Zusammenarbeit mit der Stadt Karlsruhe und durch unsere vielen weiteren regionalen und überregionalen Partner aus Wirtschaft, Wissenschaft und Politik können wir aktuell neue Strategien für den landesweiten Technologietransfer verwirklichen. Als Beispiele seien hier das IT-Sicherheitszentrum und Leuchtturmprojekte im RegioWIN-Programm Regionale Wettbewerbsfähigkeit durch Innovation und Nachhaltigkeit genannt. Doch damit nicht genug: Der erste Platz beim Deutschen IT-Sicherheitspreis ging nach Karlsruhe, am großen EU-Flagship-Programm Human Brain Project arbeiten zahlreiche Karls ruher FZI-Wissenschaftler mit und

7 7 die Zahl unserer Ausgründungen für IT-Innovationen im Land wächst stetig. Wenn wir heute schauen, wo unsere Heimatregion deutschland- und europaweit im Bereich der Informatik positioniert ist und was sich in den vergangenen drei Jahrzehnten hier entwickelt hat, kann man dem stellvertretenden Ministerpräsidenten des Landes Baden-Württemberg nur beipflichten. Nicht nur unser Karls ruher Oberbürgermeister Dr. Frank Mentrup ist stolz, dass das FZI zu diesem Erfolg beigetragen hat, auch wir schauen voller Freude auf die Entwicklung unserer Einrichtung zurück, sehen aber auch die zukünftigen Herausforderungen und wollen mit großem Engagement unsere Aufgaben in der Informatik-Anwendungsforschung und dem Technologietransfer weiter ausbauen. Das FZI sieht sich hierbei von Anfang an als Partner des starken baden-württembergischen Mittelstandes. Wir haben früh erkannt, dass wir interdisziplinäre Lösungen in enger Kooperation mit unseren Partnern aus der Wirtschaft und Wissenschaft gemeinsam entwickeln müssen. Denn nur so können die notwendigen Kräfte mobilisiert werden, um die heutigen komplexen Herausforderungen zu meistern. Mit vielen Industrieund Forschungspartnern sind wir eng vernetzt und pflegen auf Landes-, Bundes- und internationaler Ebene intensive Kooperationen. Für Impulse im Wissenstransfer sorgen auch die Vernetzung und der Austausch mit der Bevölkerung. Um die Gesellschaft besser in die digitale Zukunft zu führen, arbeiten wir beispielsweise im Rahmen des Projekts RegioMOVE daran, IKT-Lösungen für die smarte Mobilität zu entwickeln und diese gemeinsam mit den Bürgerinnen und Bürgern und den Kommunen sowie vielen weiteren Partnern in der Technologieregion Karlsruhe umzusetzen. Um besser über die Chancen und Risiken von IT zu informieren, geben wir außerdem mit Tagen der offenen Tür sowie mit Aktionen und Veranstaltungen wie dem Karlsruher Wissenschaftsfestival Interessierten Einblick in unsere Forschung. Besucher, die bei uns etwas über erfolgreichen Technologietransfer lernen wollen, kommen inzwischen sogar aus Taiwan oder Südkorea. Die Grundidee des Technologietransfers und der Unterstützung der Wirtschaft hat das FZI in den 30 Jahren seines Bestehens nie aus den Augen verloren. Die Bedeutung der Informationstechnologie für die Gesellschaft war damals bei der Gründung des FZI nur schwer abzusehen, heute steht sie außer Frage. Für Transfer-Aufgaben und erfolgreiche Forschungsarbeit braucht man allerdings Hilfe und Unterstützung. Dies hat auch das Ministerium für Finanzen und Wirtschaft erkannt und fördert unsere Aktivitäten im Rahmen der Digitalen Agenda Aber auch über das Land hinaus arbeiten wir an der digitalen Zukunft: so wurden wir jüngst gemeinsam mit der Gesellschaft für Informatik vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie mit der Leitung der Smart-Data-Begleitforschung beauftragt. Auf unserem weiteren Weg verstärken uns künftig zwei weitere Spitzenköpfe: Wir freuen uns, dass sich ab dem Frühjahr dieses Jahres auch Prof. Dr.-Ing. Sören Hohmann und Dr. iur. Oliver Raabe als neue Direktoren am FZI einbringen werden. Ihr Expertenwissen im Bereich der Regelungs- und Steuerungssysteme sowie der Rechtsinformatik wird unser künftig 23 Personen starkes Direktoren-Team bereichern. Sie sehen: Als interdisziplinäre Forschungseinrichtung im Bereich der angewandten Informatik ist das FZI mit seinen Kompetenzen und seinem Netzwerk den Herausforderungen der Zukunft gewachsen. Wir freuen uns darauf, sie gemeinsam mit Ihnen zu gestalten! Der Vorstand des FZI (v. l. n. r.): J. Marius Zöllner, Jan Wiesenberger, Ralf Reussner, Andreas Oberweis

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9 FZI-JAHRESBERICHT ANWENDUNGSFELDER

10 10 Anwendungsfelder AUTOMATION UND ROBOTIK Das FZI konnte 2014 durch den Transfer von Apps in die Robotik, virtuellen Anlagen-Stresstests sowie mit der Weiterentwicklung von Schnittstellenstandards (PROFINET, AutomationML, ROS) wettbewerbsentscheidende Beiträge für die Herausforderungen der Digitalisierung und Vernetzung moderner Automatisierungsanlagen und intelligenter Roboter leisten. Unsere Wissenschaftler arbeiten intensiv daran, bestehende Prozesse einzelner Arbeitsmaschinen, aber auch ganze vernetzte Anlagen durch den Einsatz innovativer IKT-Lösungen zu optimieren. So können Unternehmen nicht nur schneller auf den Markt, sondern auch auf die zunehmende Produktindividualisierung reagieren. Das Thema Industrie 4.0 ist mittlerweile allgegenwärtig und wird nicht nur in Forschungsprojekten vorangetrieben, sondern steht auf der Agenda von zahlreichen großen sowie kleinen und mittelständischen Unternehmen. Als Folge sind robuste und effiziente IKT-Lösungen gefragt, die die größten Herausforderungen dieses Wandels adressieren. Die Forschung des FZI im Anwendungsfeld Automation und Robotik befasst sich seit vielen Jahren intensiv mit diesen zentralen technischen Herausforderungen: system- und technologieübergreifende Vernetzung, Security in der Automatisierungstechnik und intelligente autonome Roboter stehen ebenso im Fokus wie virtuelles Prototyping und Testen, Standardisierung von Schnittstellen von Soft- und Hardware, embedded IT sowie Konzepte für die schnelle, einfache Inbetriebnahme neuer Automatisierungslösungen und Robotersysteme. So präsentierte das FZI zum Beispiel auf der AUTO- MATICA 2014 zusammen mit dem Roboterhersteller Schunk GmbH & Co. KG den erfolgreichen Transfer aktueller IKT-Lösungen: FZI-Wissenschaftler entwickelten eine intuitive Bedien- und Steueroberfläche für Tablets sowie eine dazugehörige Roboter-Software, die in der Lage ist, synchron eine menschliche 5-Finger-Roboter-Hand und dessen Leichtbauarm zu steuern. Als Framework setzt das FZI hierfür das Open-Source-Framework Robot Operating System (ROS) ein und bietet offene Schnittstellen für den Entwickler. Damit sind die ersten Schritte für eine intuitive Programmierung und Bedienung von hochkomplexen Robotersystemen bereits erfolgreich umgesetzt. Im Kontext von Industrie 4.0 gewinnen kostengünstige Open-Source-Software-Frameworks zunehmend an Robotik-Apps, wie sie im Projekt ReApp entwickelt werden, sollen die Hürden für den Einsatz von Robotern insbesondere bei mittelständischen Unternehmen abbauen.

11 11 Mit dem PROFIBUS-Testlabor unterstützte das FZI auch 2014 zahlreiche Unternehmen dabei, ihre Feldgeräte auf Komformität mit dem Kommunikationsstandard prüfen und zertifizieren zu lassen. Bedeutung. Das FZI unterstützt die ROS Industrial Initiative in Europa (ROS-I), die sich dafür einsetzt, ROS als gemeinsame, systemübergreifende Schnittstelle in modernen Anlagen zu etablieren. In dem bereichsübergreifenden Projekt ReApp beschäftigen sich die FZI-Forscher damit, das Framework ROS für den industriellen Einsatz tauglich zu machen und in Zukunft wiederverwendbare Robotik-Apps einsetzen zu können. Das Projekt ReApp ist Teil des BMWi- Programms AUTONOMIK für Industrie 4.0 und hat sich als Ziel gesetzt, die Hürden für den Einsatz von Robotern abzubauen und so mittelstandstauglich zu machen. Das FZI-Team nutzt dafür die hauseigene Interdisziplinarität und arbeitet gemeinsam mit Informatikern, Maschinenbauern, Elektrotechnikern und Wirtschaftswissenschaftlern an den Themen Semantik und Robotik, um eine ontologiebasierte Beschreibung von Robotern und Anlagen voranzutreiben. Dadurch werden semantische Erweiterungen der ROS-Schnittstellen und die axiomatische Berechnung von einfachen wie komplexen Fähigkeiten ermöglicht, wodurch neue Software auch ohne Experten verändert oder sogar erstellt werden kann. Der regelmäßige Austausch mit FZI-Wissenschaftlern des Projekts SkillPro und der gemeinsame Einsatz des AutomationML-Standards für die Komponentenbeschreibung erlaubte es, Konzepte für die vollständige Automatisierungsprozesskette zu entwickeln. Das PROFIBUS-Testlabor unterstützte 2014 zahlreiche Unternehmen dabei, ihre Feldgeräte zu zertifizieren und konnte so einen wichtigen Beitrag zur Standardisierung von Industrieschnittstellen leisten. Das FZI führt dabei nicht nur Tests und Geräteprüfungen durch, sondern konnte durch Beratungen und begleitende Entwicklungen auch die wichtige Vernetzung von komplexen Anlagen unterstützen. Im Rahmen des Robotik-Wettbewerbs EuRoC Challenge konnte das FZI von 30 teilnehmenden Forschungseinrichtungen einen beachtlichen dritten Platz erringen und so seine Kompetenzen im Bereich Mensch-Roboter-Kooperation sowie Planung und Regelung von Industrierobotern unterstreichen. Zahlreiche weitere öffentliche Projekte wie ISABEL, EmbOSYST oder Effektiv zeigen, dass das FZI konkrete Lösungen für die Herausforderungen der anstehenden Digitalisierung der Automation und Robotik entwickelt und diese gemeinsam mit Partnern aus der Industrie in konkreten Anwendungen erfolgreich umsetzt. Ansprechpartner Dr.-Ing. Martin Hillenbrand, ESS

12 12 Anwendungsfelder PRODUKTION UND LOGISTIK 2014 stand die Forschung im Anwendungsfeld Produktion und Logistik im Zeichen von Industrie 4.0. Hierbei erzielten FZI-Wissenschaftler und -Wissenschaftlerinnen Fortschritte in der Planung und Beherrschung von Produktions- und Beschaffungsnetzwerken, die zunehmend durch Vernetzung und Automatisierung geprägt sind, und konnten die Anpassungs- und Reaktionsfähigkeit der Produktion und Supply Chain optimieren. Eine wesentliche Herausforderung bildete dabei die Echtzeitfähigkeit von Analyse- und Steuerungsinstrumenten unter Berücksichtigung des gesamten Lebenszyklus von Produkten. Für das Anwendungsfeld Produktion und Logistik forscht das FZI an Methoden und Systemen für die Entwicklung und den Betrieb Industrie-4.0-fähiger (sozio-) technischer Systeme. Einen Schwerpunkt bildeten 2014 integrierte Entwurfs- und Validierungsmethoden auf Basis von Virtual Prototyping, die einen automatisierten Entwurf und eine Absicherung mechatronischer Systeme für den Automobilbau und die Industrieautomatisierung ermöglichen. Das BMBF-geförderte Projekt EffektiV hilft hierbei mittels virtueller Stresstests, Fehlereffekte effizient zu bewerten und so die Entwicklung und Anpassung von Motion-Control-Systemen abzusichern. Ein wichtiger Aspekt von Industrie 4.0 kommt in der Verwendung von Methoden und Systemen der digitalen Fabrik im Produktionsbetrieb zum Tragen, um die Anpassungsfähigkeit und Koordination autonomer Produktionseinheiten (sogenannter cyber-physischer Systeme) zu ermöglichen. Im EU-geförderten Projekt SkillPro wurde hierzu durch die Nutzung und Erweiterung der IEC-Standards AutomationML und OPC-UA eine M2M-Kommunikationsinfrastruktur zwischen Planungsebene (Product Lifecycle Management und Enterprise Ressource Planning) und Maschinenebene geschaffen. Auf deren Basis konnten Plug & Produce -Verfahren entwickelt werden, die eine automatische (Re-)Konfiguration der Maschinen- und Produktionssysteme auf das jeweils zu fertigende Produkt ermöglichen. Darauf aufbauend wurden in Industriekooperationen Projekte gestartet, um qualitätssichernde Methoden für die Anpassungsfähigkeit von Produktions systemen für kleine und mittelständische Unternehmen zu entwickeln. Im BMBF-geförderten Projekt ISABEL entwickelten die FZI-Wissenschaftler effiziente GPU-basierte Planungsalgorithmen für den Einsatz eines mobilen Robo- Plug & Produce -Verfahren sollen eine automatische (Re-)Konfiguration der Maschinen- und Produktionssysteme auf das jeweils zu fertigende Produkt ermöglichen.

13 13 ters in einer Produktionsumgebung und veröffentlichten diese zum Teil als Open-Source-Software. Zusammen mit dem BMWi-geförderten Projekt ReApp zeigt das FZI, wie mobile, flexible Roboter und Robotik-Apps in der Produktion effizient zum Einsatz kommen können. Ein weiterer Aspekt von Industrie 4.0 liegt in der Verarbeitung großer Datenmengen aus heterogenen Datenquellen: Hierfür werden in dem 2014 gestarteten und vom BMBF geförderten Projekt BigPro Methoden aus den Bereichen Complex Event Processing und Online-Optimierung kombiniert und weiterentwickelt. Diese helfen produzierenden Unternehmen, über die Erfassung und Analyse von Produktionsdaten eine Störung im Produktionsablauf proaktiv zu erkennen und geeignete, automatische Reaktionsmaßnahmen zu ermöglichen. Eine Verknüpfung von Echtzeitdaten aus den Bereichen Logistik und Produktion findet seit Ende 2013 durch das vom BMWi geförderte Projekt ProveIT statt. In diesem Projekt werden entlang von Transportprozessen kontinuierlich Daten erhoben, um diese zeitnah hinsichtlich möglicher Risiken für die Produktion (wie Verspätung, Fehllieferung, Transportschäden etc.) zu bewerten. Darauf aufbauend werden neue Planungs- und Steuerungsverfahren entwickelt, um Störungen kurzfristig zu beheben und mittelfristig stabilere, das heißt weniger fehleranfällige, taktische Pläne zu erstellen startete das FZI eine mehrjährige Kooperation mit BASF SE im Bereich Supply-Chain-Management. Ziel der Kooperation ist es, die immer wiederkehrenden taktischen Supply-Chain-Planungsaufgaben, die sowohl automatisierte Planungsverfahren als auch menschliche Entscheidungen involvieren, zu verbessern. Die zentrale Herausforderung dabei ist, das richtige Aggregationsniveau bei der Verdichtung der Inputdaten zu identifizieren, um die Komplexität der Planung verhältnismäßig zur Verbesserung der resultierenden Pläne zu gestalten. FZI-Mitarbeiter Jan Siebel (l.) im Gespräch auf dem SkillPro-Stand auf der Hannover Messe Aber auch einen Partner aus dem Bereich Gesundheitswesen konnte das FZI im Bereich der Logistik unterstützen: für die Karlsruher St. Vincentius-Kliniken erstellten FZI-Wissenschaftler und -Wissenschaftlerinnen simulationsbasierte Analysen, um bei einem Neubau rechtzeitig mögliche Transport- und Logistik-Engpässe zu erkennen und zu beheben (s. S ) und so den Krankenhausneubau zu optimieren. Darüber hinaus wurden 2014 für zahlreiche Industriepartner wie die PTV Group, Dillinger Hütte oder Lufthansa Cargo Optimierungsverfahren aus den Bereichen Vertriebsgebiets- und Transportplanung, Kransteuerung oder Packplanung erfolgreich erforscht und entwickelt. Ansprechpartner Viktor Schubert, ISPE

14 14 Anwendungsfelder ENERGIE Im Anwendungsfeld Energie werden am FZI innovative Lösungen für die effiziente Integration einer großen Anzahl dezentraler Komponenten in das zukünftige Energiesystem erforscht und erprobt, denn der Erfolg der Energiewende erfordert eine robuste IKT-Infrastruktur. Im Jahr 2014 konzentrierten sich die Wissenschaftler am FZI daher darauf, Optimierungs- und Prognosealgorithmen für Gebäude-Energiemanagementsysteme zu untersuchen und Elektromobilität mithilfe von Informations- und Kommunikationstechnologien in das Stromnetz zu integrieren. In zahlreichen interdisziplinären Forschungsarbeiten wurden im Anwendungsfeld Energie neue Lösungen für die Integration und den operativen Einsatz von Gebäude-Energiemanagementsystemen entwickelt. Dabei stand sowohl die Anpassung von Gebäude-Energiemanagementsystemen an die individuelle Gebäudeausstattung als auch die Optimierung der Energieflüsse innerhalb des Gebäudes im Vordergrund. Die Infrastruktur des FZI House of Living Labs stellte dazu insbesondere mit den FZI Living Labs smart- Energy, smarthome/aal und smartmobility eine wichtige Basis für die anwendungsnahe Forschung dar. Beispielsweise konnten die FZI-Wissenschaftler zur Evaluierung der entwickelten Verfahren auf Messdaten zurückgreifen, die durch Sensoren an den realen Anlagen im FZI House of Living Labs erfasst wurden. Auf diese Weise konnten Methoden für eine intelligente und an die tatsächliche Nutzung des Gebäudes angepasste Ansteuerung der Gebäudeheizung und -klimatisierung entwickelt und im realen Gebäude-Energiemanagementsystem des FZI House of Living Labs erprobt werden. Im Projekt Sol2Heat (s. S ) wurden gemeinsam mit dem KIT sowie mit den zwei KMUs Consolar und IBB Algorithmen zur elektrischen Lastverschiebung durch Wärmepumpen mit thermischen Speichern prototypisch entwickelt. Im Vordergrund standen dabei vorausschauende Verfahren für eine automatisierte Lastverschiebung. Überschüssiger Photovoltaik-Strom wurde in Wärme umgewandelt, so dass sowohl Prognosen für die lokale Stromerzeugung, als auch Prognosen für den thermischen Energiebedarf im Gebäude entwickelt und eingesetzt wurden. Durch den Einsatz von Simulationen wurden zudem das Lastverschiebeund Ersparnispotenzial ermittelt sowie Aussagen über die optimale Dimensionierung des Systems im jeweiligen Gebäude gemacht. Zusätzlich wurde im Rahmen der Forschungsarbeiten im Anwendungsfeld Energie ein bestehendes Gebäude-Energiemanagementsystem gemeinsam mit Industriepartnern um hybride Komponenten erweitert, die mit unterschiedlichen Energieträgern (zum Beispiel Strom, Gas, Wärme und Kälte) versorgt werden können. Auf der Hardware-Ebene wurde dazu die Photovoltaik-Anlage mit den elektrischen Verbrauchern im FZI Living Lab smarthome/aal und der Heizungsanlage im Gebäude gekoppelt. Parallel dazu wurde die Simulationsumgebung erweitert, so dass die Energieflüsse der unterschiedlichen Energieträger sowie deren Abhängigkeiten zueinander analysiert werden konnten. Der langfristige Einsatz der Komponenten, Steuerungsund Prognosealgorithmen im alltäglichen Betrieb des FZI House of Living Labs ermöglichte Untersuchungen hinsichtlich ihrer Zuverlässigkeit und Qualität. Im Projekt Smart Grid Integration wurden gemeinsam mit Industriepartnern neue Mechanismen zur direkten Interaktion zwischen Nutzern und Elektrofahrzeugen sowie zur indirekten Interaktion entwickelt, bei der neue Marktakteure (zum Beispiel Aggregatoren) eine Zwischenschicht darstellen. In simulationsgestützten Analysen dieser Verfahren untersuchten die Wissenschaftler am FZI die Auswirkungen unterschiedlicher Ladestrategien in Beispielnetzen. Im Fokus standen dabei öffentliche, halböffentliche und private Ladepunkte für Elektrofahrzeuge, so dass auch das Poten zial einer koordinierten Ansteuerung von Ladevorgängen durch intelligente Gebäude-Energiemanagementsysteme untersucht wurde.

15 15 Wie sich Elektrofahrzeuge und ihre Ladevorgänge in das Energiesystem integrieren lassen, wird von FZI-Wissenschaftlern im Rahmen des Spitzenclusters Elektromobilität Süd-West intensiv erforscht. Weiterführende Untersuchungen, welche die zeitliche Flexibilität zur Verlagerung der Ladevorgänge von Elektrofahrzeugen auch mit Blick auf ihre ökonomischen Auswirkungen (wie zum Beispiel zur Erhöhung des Anteils lokal genutzter Energie aus Photovoltaik-Anlagen) bewerten, wurden im Projekt AutoPLES (s. S ) durchgeführt. Das im September gestartete Projekt Integrierte Mobilitäts- und Energieinfrastrukturen (IMEI) des Spitzenclusters Elektromobilität Süd-West knüpft hier nahtlos an. Insbesondere wurden die Möglichkeiten zur kurzfristigen lokalen Bereitstellung elektrischer Energie durch die Batterien in Elektrofahrzeugen analysiert. Neben den oben ausgeführten technischen Aspekten zur Unterstützung der Energiewende wurden auch Verfahren für die Vermarktung von Flexibilität hinsichtlich des Einsatzzeitpunktes von elektrischen Verbrauchern entwickelt. Das besondere Augenmerk lag dabei auf der wirtschaftlich optimalen Auswahl von Kunden mit einem unterschiedlich hohen Grad an Flexibilität bezüglich der Veränderung ihres elektrischen Verbrauchsprofils. Das Hauptziel dieser Verfahren ist die ökonomische Koordination von Nachfrageflexibilität mit der fluktuierenden Erzeugung zahlreicher verteilter Anlagen im zukünftigen Energiesystem. Ansprechpartner Dr.-Ing. Birger Becker, ISPE

16 16 Anwendungsfelder MOBILITÄT Der zunehmende Einfluss von Informations- und Kommunikationstechnologien im Automobil, in der Elektromobilität sowie in Mobilitätssystemen trägt den Bedürfnissen der Gesellschaft nach sicherer, vernetzter und nachhaltiger Mobilität Rechnung. Eine wichtige Rolle kommt dabei dem Fahrzeug im Energiesystem, dem automatisierten Fahren sowie der Verkehrsträger übergreifenden Mobilität zu. Das FZI konnte 2014 erfolgreiche Impulse setzen und Ergebnisse präsentieren. In den gemeinsamen Projekten mit Industrie- und Wissenschaftspartnern kann das FZI Lösungen für assistiertes, hoch- und vollautomatisiertes Fahren, für Ladestrategien, Energie- und Flottenmanagement sowie für Software-Architekturanalysen und Plattformen für Betreibermodelle und -dienste anbieten. In Projekten mit der Automobilindustrie reichen die Schwerpunkte von der multisensoriellen 360 -Überwachung des gesamten Fahrzeugumfelds bis hin zur präzisen Schätzung des Verhaltens von Verkehrsteilnehmern, wie beispielsweise die Erkennung der Blickrichtung und Vorhersage des Verhaltens von Fußgängern am Fahrbahnrand. Für automatisiertes Fahren kommt der Lokalisierung der Umgebung und dem Aufbau genauer Karten eine entscheidende Rolle zu. Hierfür entwickelten die FZI-Forscher 2014 auf Basis von Laserscannern und Kameras datenbasierte Verfahren, die eine genaue Lokalisierung sowohl in der Tiefgarage wie auch auf der Autobahn ermöglichen. Das FZI unterstützte 2014 das junge Unternehmen Atlatec, welches auf Basis eines am FZI entwickelten kamerabasierten Lokalisierungsverfahrens Lösungen zur 3D-Kartierung und -Lokalisierung weiterentwickelt. Die Entwicklung von Testmethoden und Validierungsverfahren für Software, Hardware sowie zur funktionalen Absicherung stellte 2014 einen weiteren Schwerpunkt dar. Hier engagierten sich FZI-Wissenschaftler im EU-Projekt SAFE (s. S ) und erhielten für die Projektumsetzung den ITEA award of excellence in der Kategorie Standardisierung. Für die Entwicklung applikationsspezifischer robuster Automotive-Elektronik wurde im BMBF geförderten Projekt RESCAR 2.0 eine Werkzeugumgebung zur Nutzung von sogenannten Mission Profiles erstellt. Gemeinsam mit dem Forschungspartner IPG Automotive GmbH wurden im September 2014 auf der Hausmesse IPG Apply & In- Auf der Hannover Messe 2015 wurde das automatisierte Laden eines Elektro fahrzeugs mit einem Laderoboter demonstriert. novate Testmethoden zur Validierung automatisierter Fahrfunktionen nach dem Vehicle-in-the-Loop-Ansatz vorgestellt. Die Ergebnisse des ZiM-Projekts ReTivu wurden inzwischen in das kommerzielle Testsystem von IPG überführt. Der Aufbau einer Simulationsunterstützung für die Entwicklungsabsicherung komplexer Fahrerassistenzfunktionen durch den Aufbau von Testfällen aus realen Fahr- und Verkehrsszenarien ist Ziel des 2014 gestarteten KMU-innovativ Projekts LogDa- Sim, worin das FZI gemeinsam mit den beiden KMU X2E und IPG Automotive sowie den Firmen BMW und Continental als assoziierte Partner forscht. Im Forschungsfeld Elektromobilität konnte das FZI 2014 erfolgreich an die bisherigen Arbeiten im vom BMBF geförderten Spitzencluster Elektromobilität Süd- West anknüpfen. Während die Projekte AutoPLES, Smart Grid Integration, GreenNavigation und IeMM der ersten Förderphase des Spitzenclusters noch bis

17 17 Im Projekt AutoPLES erforschen die FZI-Wissenschaftler das autonome Parken und Laden. Ende 2015 laufen, beteiligt sich das FZI in der zweiten Förderphase bereits im Projekt BiE (Bewertung integrierter Elektromobilität) an Konzepten zur Optimierung der Bedarfsplanung und Nutzung von Elektromobilität im alltäglichen Leben, im Projekt IMEI an integrierten Mobilitäts- und Energieinfrastrukturen sowie im Projekt e-volution am Aufbau eines hochperformanten Elektrofahrzeugs. Das FZI hat im Spitzencluster Elektro mobilität Süd-West die Leitung des Innovationsfelds IKT übernommen und trägt aktiv zur Gestaltung zukünftiger Mobilität in der Arbeitsgruppe Intelligent Move bei, welche die Auswirkungen zunehmender Fahrzeugvernetzung und des automatisierten (elektrischen) Fahrens untersucht. Im EU-Projekt OpEneR, das die Effizienzsteigerung von Elektrofahrzeugen zum Ziel hat, demonstrierte das FZI auf einem Fahrevent mit Pressevertretern in Spanien die entwickelten Fahr- und Betriebsstrategien (unter anderem das energieeffiziente Ausrollen eines Autos vor Ampeln, sogenanntes Coasting) auf öffentlichen Straßen. Durch weitere Beiträge im Fern sehen, auf Youtube sowie im Radio konnte das FZI die Aktivitäten des Anwendungsfelds Mobilität auch in die Gesellschaft tragen. wissenschaftlichen Einrichtungen, lokaler Wirtschaft und beispielhaftem ÖPNV eine besondere Bedeutung bei der Ausgestaltung von zukünftigen Verkehrs- und Mobilitätskonzepten zu. Zukünftige Aktivitäten befassen sich somit konsequenterweise mit den zur Förderung vorgeschlagenen Regio-WIN-Projekten EFEU-Campus und RegioMOVE, sowie mit der weiteren Erforschung von Technologien für automatisiertes Fahren. Dazu gehört unter anderem das von den baden-württembergischen Ministerien für Finanzen und Wirtschaft sowie Forschung, Wissenschaft und Kunst geförderte Projekt TechCenter a-drive und die Betrachtung der Rechtskonformität von Geschäftsmodellen neuer (multimodaler) Mobilitätskonzepte und die Sicherstellung von Safety und Security. Neben individueller Mobilität speziell im Personennahverkehr rückt zunehmend auch der Nutzfahrzeugbereich in unseren Fokus. Ansprechpartner Dr.-Ing. Thomas Schamm, ISPE Der Region Karls ruhe kommt durch ihre Historie von Drais bis Benz und durch das einmalige Netzwerk aus

18 18 Anwendungsfelder GESUNDHEITSWESEN Informations- und Kommunikationstechnologien können wesentlich zu einem modernen, bezahlbaren und leistungsfähigen Gesundheitswesen beitragen. Das FZI hat hierfür in zahlreichen Projekten geforscht und es geschafft, viele Akteure aus Wirtschaft und Wissenschaft sowie aus verschiedenen Disziplinen wie der Medizin, der Pflege und den Sozialwissenschaften einzubinden und zu vernetzen. Erfolgreiche Projektabschlüsse mündeten in Ausgründungen, Produktideen sowie Folgeprojekten. Im Rahmen des BMBF-Projekts Besser leben im Alter durch Technik unterstützte das FZI im vergangenen Jahr 22 Kommunen deutschlandweit beim Aufbau von kommunalen Beratungsstellen für technische Assistenzsysteme für ein selbstbestimmtes Leben. Für das Portal Wegweiser Alter und Technik wurde zum Neustart der Plattform im Mai ein neues attraktives Design gewählt. Das Portal ist mit mittlerweile Besuchern pro Monat die wichtigste Online-Plattform für bereits am Markt verfügbare Technologien des Ambient Assisted Living (AAL) in Deutschland. Hier findet man bereits 239 verschiedene AAL-Produkte. Mit der rollenden Ausstellung zu technischen Hilfsmitteln für ein unabhängiges Leben im Alter, die 2013 im Rahmen des Projekts Wegweiser Pflege und Technik konzipiert wurde, nahm das FZI 2014 an 12 Veranstaltungen in ganz Deutschland teil und konnte über technische Alltagshilfen aufklären. Diese Kampagne war so erfolgreich, dass die rollende Ausstellung für 2015 bereits ausgebucht ist öffnete das FZI für das FZI-Spin-off easierlife GmbH die Tür in die Wirtschaft. Das Assistenzsystem easierlife besteht aus je einem Kontakt- und Bewegungssensor, die in der Wohnung einfach installiert werden können. Diese registrieren die Aktivitäten der Bewohner und kommunizieren mit einer Basisstation, die ihrerseits zugriffsberechtigte Smartphones und Tablets über eine App mit Informationen versorgt. So können sich Verwandte und Bekannte vergewissern, dass sich die Bewohner wie üblich bewegen, die Haustür geschlossen ist oder die älteren Angehörigen wie vorgesehen heimgekehrt sind. Die Sensoren, die Im Projekt Chico wurde die Chat Machine entwickelt: Die Notizen werden mithilfe des Stifts direkt digitalisiert und durch das Drücken eines Knopfs als an den gewünschten Empfänger versendet.

19 19 bei dem neuen Assistenzsystem easierlife den herkömmlichen Hausnotrufknopf ersetzen, wurden in Forschungsprojekten des FZI und seiner Partner aus der Gesundheitswirtschaft bereits in rund 120 Haushalten erfolgreich getestet. Auf der CeBIT 2015 erhielten die jungen Gründer für ihre Geschäftsidee einen Preis beim Gründerwettbewerb IKT-innovativ. Einen besonderen Erfolg verzeichneten FZI-Wissenschaftler mit dem langjährigen Projekt Stroke Angel: In ihrer Studie für das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) wählte die Unternehmensberatung Roland Berger Stroke Angel neben sechs weiteren Projekten als Best Practice für das Anwendungsfeld Gesundheit aus. Mit dem Projekt wurde aufgezeigt, wie die Rettung von Schlaganfallpatienten mithilfe einer mobilen Telematik-Infrastruktur signifikant verbessert werden kann. Das Projekt SeCoServ2 konnte nach zweijähriger Laufzeit 2014 erfolgreich abgeschlossen werden. Ziel des Projektes war die Entwicklung einer sicheren und zuverlässigen Kommunikations- und Informationsplattform für den Massenanfall von Verletzten und Erkrankten. Vor allem bei Großschadenslagen mit vielen Verletzten und anfänglich chaotischen Zuständen ermöglichen die vom FZI entwickelten tragbaren Sensoren und Algorithmen den Rettungskräften, sich im Vergleich zum Stand der heutigen Technik einen schnelleren Überblick zu verschaffen und die Versorgung nach Grad der Verletzung zu priorisieren. Aufgrund der erfolgreichen Ergebnisse und des großen Interesses der Anwender ist eine Produktentwicklung bei den Projektpartnern zurzeit in Vorbereitung. Ebenso wurden 2014 die wissenschaftlichen Vorprojekte Chico und Enas abgeschlossen. Hier sollten konzeptionelle Ansätze und Perspektiven entwickelt werden, die dazu beitragen, den neuen BMBF-Förderschwerpunkt Mensch-Technik-Interaktion für den demografischen Wandel zu erschließen und die Grundlagen für weitere praxis- und anwendungsorientierte Forschungsvorhaben in diesem Bereich zu erweitern. Ziel des Projekts Chico war es, durch intelligente vernetzte Objekte technikfernen Nutzern die aktuell verfügbaren Möglichkeiten sozialer Interaktion zu erschließen. Dazu wurde vor allem analysiert, wie Schnittstellen der Mensch-Technik-Interaktion einfacher gestaltet werden können und verschiedene prototypische Lösungsansätze aufgezeigt, die bei verschiedenen Alltagsproblemen im Bereich Kommunikation und Interaktion Unterstützung bieten. Im Rahmen des Projekts Enas wurde ein Leitfaden zur Evaluation von neuen technischen Assistenzsystemen zur Unterstützung und Verbesserung der Lebensqualität älterer Menschen entwickelt. Methodische Vorgehensweisen, geeignete Erhebungsmethoden und Werkzeuge zur Planung und Durchführung von Nutzenbewertungen speziell bei technischen Assistenzsystemen wurden am FZI erarbeitet und zur einfachen Anwendung in zukünftigen Forschungs- und Entwicklungsprojekten dokumentiert. Zudem wurden digitale Erhebungsinstrumente und neue Erhebungsmethoden implementiert, die eine Evaluation von neuen Lösungsansätzen der Mensch-Technik-Interaktion in Verbundforschungsprojekten erheblich vereinfachen und die Vergleichbarkeit von Ergebnissen verbessern. Als eine der führenden Forschungseinrichtungen im Bereich Smart Home und AAL beteiligt sich das FZI federführend an der vom Land Baden-Württemberg gestarteten Initiative Smart Home&Living. Die Initiative Smart Home&Living will durch das Zusammenwirken mehrerer Querschnittskompetenzen wie beispielsweise Medizintechnik, Pharmaindustrie, Biotechnologie, Mikrosystemtechnik, Materialwissenschaften, Informations- und Kommunikationstechnik zusammen mit modernen Dienstleistungen in der Gesundheitswirtschaft, der Pflege und im Haushalt die Wachstumspotenziale des Gesundheitssektors insgesamt und speziell im Segment Smart Home&Living für das Land und seine Anbieter frühzeitig nutzen. Ansprechpartner Dr.-Ing. Bruno Rosales, ESS

20 20 Anwendungsfelder WISSEN UND INFORMATIONSDIENSTE Das richtige Wissen zu erfassen oder aus einer ständig wachsenden Datenflut abzuleiten, um es dann im richtigen Moment in der richtigen Form am richtigen Ort zum Einsatz zu bringen, ist erfolgskritisch wie nie zuvor und daher unser Forschungsziel im Anwendungsfeld Wissen und Informationsdienste. Hier beschäftigen sich unsere Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen mit der Gewinnung, Analyse und Optimierung von Daten und Informationen, um in verschiedensten Anwendungsbereichen Entscheidungen zu unterstützen und zu verbessern. Im Anwendungsfeld Wissen und Informationsdienste betrachtet das FZI zwei Kernbereiche: zum einen neue Ansätze, um Wissen aus großen Datenmengen zu gewinnen (Predictive Data Analytics) und darauf aufbauend Entscheidungen zu treffen (Entscheidungsunterstützung), und zum anderen die semantische Datenverarbeitung, Interpretation und Auswertung von Daten. Im erstgenannten Themengebiet konnten in Zusammenarbeit mit der Bayer AG 2014 neuartige Ansätze in der Finanzplanung entwickelt werden. Mit diesen lassen sich Experteneinschätzungen zur Finanzplanung sowie parallel maschinell berechnete statistische Prognosen von Cash-Flows optimal kombinieren. Darüber hinaus konnte bestimmt werden, in welchen Situationen welche Visualisierungstechniken und Entscheidungsoptionen einem Finanzplanungsexperten angeboten werden sollten, um ihn bei seinen Prognosen bestmöglich zu unterstützen. Die Finanzplanung der Bayer AG konnte damit verbessert und stabiler gestaltet werden. Robuste, datenbasierte Entscheidungsunterstützung spielt aber auch in anderen Domänen eine entscheidende Rolle, so beispielsweise in einem der wichtigsten Projekte unserer Zeit, der Energiewende. Es gilt, auch auf der Energie-Nachfrageseite, also bei Stromkunden, Potenzial zur ressourceneffizienten Energienutzung zu aktivieren. Dabei spielt beispielsweise die theoretisch vorhandene (zeitliche) Flexibilität der Nutzung eine große Rolle. Wer ist jedoch zu welchem Zeitpunkt und bei welcher Form der Energienutzung bereit diese zu verschieben? Durch datengetriebene Verfahren kann dabei eine Aktivierung großer Mengen individueller Kleinstflexibilitäten im Rahmen des sogenannten Demand Side Management erfolgen. Gemeinsam mit der Bayer AG entwickelte das FZI neuartige Ansätze in der Finanzplanung. Im Bereich Cloud Computing beschäftigte sich das FZI mit Entscheidungen zum Outsourcing von IT-Diensten. So ist traditionelles Outsourcing in vielen Anwendungsgebieten nicht mehr attraktiv, da heute deutlich flexiblere Nutzungs- und Abrechnungsmechanismen gefragt sind. Zusammen mit dem Wunsch nach Kostensenkung und Flexibilitätssteigerung wird Public Cloud Computing auch für die kritischen Anwendungen etablierter Unternehmen zunehmend attraktiv. Für eine Investmentgesellschaft in Frankfurt am Main hat das FZI daher im Rahmen eines Projektes Konzepte zum Einbinden von Self-Service-Angeboten in bestehende IT-Management-Abläufe und zum Überwachen der sicheren Anbindung dieser Dienste an die bestehende technische Infrastruktur entwickelt. Dazu analysierten die FZI-Mitarbeiterinnen und -Mitarbeiter ba-

21 21 Große Datenströme schnell und effektiv auswerten: Daran arbeiten FZI-Wissenschaftler im Projekt ProaSense, um u. a. proaktiv auf mögliche kritische Situationen auf einer Offshore-Öl-Plattform reagieren zu können. sierend auf der Auswertung historischer Daten und von Service-Eigenschaften das aktuelle Ausfallrisiko von IT-Diensten als neues Fundament für sichere Entscheidungen. Redundant vorgehaltene (und damit teure und oft ungenutzte) Ressourcen können so abgebaut und neue Dienste sicher evaluiert werden. Im Bereich der semantischen Datenverarbeitung setzt das FZI verschiedene Schnittstellen für die Erfassung von statischen und dynamischen Daten ein: Mobile Applikationen aus dem im Jahr 2014 abgeschlossenen MIRROR-Projekt (s. S ) erfassen beispielsweise Stimmungsschwankungen von Mitarbeitern, auf die Manager zur Verbesserung des Arbeitsumfelds reagieren können. Die Semantik vorhandener Daten wird semi-automatisch in Ontologien beschrieben. So wurde im Berichtszeitraum im Projekt ReApp die Grundlage gelegt, um Einsatzmöglichkeiten von Robotern automatisch anhand ihrer Komponenten abzuleiten, und im laufenden EU-Projekt INTUITEL wurden erfolgreich personalisierte und damit effiziente Lernpfade für Lernende vorgeschlagen. Dabei skalieren die Methoden auch bei großen Datenmengen: In vielen Geschäftsprozessen fallen kontinuierlich Daten an, sodass im laufenden ProaSense-Projekt die Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen an einer Lösung arbeiten, um dieser Datenströme intuitiv durch Datenverarbeitungsketten Herr zu werden. Dabei wird die Verarbeitungsgeschwindigkeit automatisch, zum Beispiel durch Parallelisierung, optimiert. Ansprechpartner Rico Knapper, IPE

22 22 Anwendungsfelder SOFTWARE-ENTWICKLUNG Vertrauenswürdigkeit und domänenspezifische Lösungen bildeten 2014 einen Schwerpunkt in der Software-Entwicklung am FZI. Mit dem Gewinn des Deutschen IT-Sicherheitspreises, der Mitgestaltung der Digitalen Agenda des Landes Baden-Württemberg und der Erstellung eines Memorandums zu Smart Data wurden die Weichen für große neuartige Projekte am FZI gestellt. Der Fokus verschob sich von Forschungsaktivitäten für die klassische Zielgruppe der Software entwickelnden Unternehmen hin zu domänenspezifischen Lösungen für Industrieautomation, Anlagenbau, Mobilität oder für den Finanzsektor. Durch den Aufbau des Kompetenzzen trums für IT-Sicherheit am FZI sowie durch die gemeinsam mit dem CyberForum e. V. geplanten Projekte unterstützt das FZI die Umsetzung der Digitalen Agenda des Landes Baden-Württemberg. In zahlreichen Vorträgen, unter anderem bei baden-württembergischen Industrieund Handelskammern und Veranstaltungen für kleine und mittelständische Unternehmen, wurden aktuelle Sicherheitskonzepte zielgruppengerecht vermittelt. Mit seinen Partnern Wibu-Systems AG und dem Karlsruher Institut für Technologie gewann das FZI den 5. Deutschen IT-Sicherheitspreis für das gemeinsam entwickelte Blurry-Box -Verfahren, das Vertrauenswürdigkeit durch eine komplette Offenlegung von Schutzmechanismen nach dem sogenannten Kerckhoffs schen Prinzip sicherstellt. Der Erfolg stützt sich unter anderem auf die erfolgreiche Zusammenarbeit in den Projekten EmbOSYST und im Rahmen des Kompetenz- Im Projekt KoPL wurde für Software- Hersteller eine einfache, risikoarme und wirtschaftliche Methode entwickelt, um Produktkopien zu einer Produktlinie zusammenzuführen.

23 23 zentrums KASTEL und unterstreicht die Kompetenz des FZI in Fragen der IT-Sicherheit. Auf der CeBIT war dazu ein erster Demonstrator zu sehen, der Elemente des Blurry-Box -Verfahrens angewendet auf eine Robotersteuerung visualisiert. Die Übertragung von Vertrauenswürdigkeit in weitere Domänen wurde in zwei weiteren Projekten nachgewiesen: Praxisgerechte Leitfäden für Nutzer und Anbieter von Cloud Computing entstanden im Rahmen der Trusted-Cloud-Begleitforschung des BMWi. Im Projekt earchiving entwickelten FZI-Wissenschaftler Lösungskonzepte zur sicheren und dauerhaften Speicherung von Patientendaten. Effizienteres Cloud Computing und effizienter Rechenzentrumsbetrieb sind Gegenstand des Projekts CAC- TOS. In diesem Projekt wurde im Berichtszeitraum mit der erstmaligen Zusammenführung von Performance-, Zuverlässigkeits- und Energie-Simulationen in ein Werkzeug ein erster Integrationsmeilenstein erreicht, sodass Optimierungen der Cloud-Topologie simulationsbasiert unterstützt werden können. Lange Zeit brachten Kopien von Software-Quellcode kurzfristige Effizienzgewinne und eine kurze Time-to- Market für kundenspezifisch angepasste Lösungen. Die Vorteile gingen jedoch zu Lasten der langfristigen Wartbarkeit des Quellcodes, die durch die Kopien gehemmt wurde, indem statt nur einer Variante der Software mehrere parallele Varianten gepflegt werden mussten. Im Projekt KoPL wurde 2014 der erste Meilenstein für eine integrierte Entwicklungsumgebung erreicht, die dieses Problem angeht. Damit können Produktkopien von Software-Systemen für Java-basierte Systeme automatisiert analysiert und einer Konsolidierung zu einer Software-Produktlinie zugeführt werden. Das Projekt war mit Vorträgen unter anderem beim JUG Saxony Day, bei der TU Dresden und Uni Stuttgart präsent. In dem 2014 abgeschlossenen Projekt MOHITO wurden Methoden und Werkzeuge für Unternehmen entwickelt, um eine effizient erzeugte Datenhaltung für heterogene Plattformen (wie Smartphone, Webbrowser, Desktop) und Architekturschichten (wie Applikation, Persistenz oder Datenbanken) zu ermöglichen. So konnte die CAS Software AG mit den Projektergebnissen eine neue Datenhaltung testen, bei der die Verfügbarkeit von Daten direkt im Datenmodell aufgenommen wird. Dadurch können beispielsweise Vertriebsmitarbeitern proaktiv und offline verfügbar genau die Kundenadressdaten zur Verfügung gestellt werden, die für einen bestimmten Vertriebsbezirk relevant sind. Mit dem Start des Projekts SensIDL im Herbst 2014 wird in einem mit 15 Partnern besetzten Konsortium an der softwaretechnischen Verknüpfung von Sensoren und Industrieanlagen gearbeitet. Erstmals wird dabei deren Anbindung automatisiert erfolgen; auch dann, wenn Spezialsensoren mit nur sehr eingeschränkter Leistungsfähigkeit zur Verfügung stehen. Das Projekt bringt dazu Partner von der Sensor- bis zur Software-Entwicklung zusammen und ist Ausgangspunkt weiterer Initiativen an der Schnittstelle von Maschinenbau, Industrieautomation und Unternehmenssoftware. Ansprechpartner Im Projekt CACTOS werden Werkzeuge für ein effizienteres Cloud Computing und für einen energieeffizienteren Rechenzentrumsbetrieb erforscht. Dr.-Ing. Klaus Krogmann, SE

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25 FZI-JAHRESBERICHT AUSGEWÄHLTE PROJEKTE

26 26 Ausgewählte Projekte NEURO-ROBOTIK FÜR DAS EU-FLAGSHIP HUMAN BRAIN PROJECT Im 2013 angelaufenen EU-Großforschungsprojekt zum besseren Verständnis des menschlichen Hirns, dem Human Brain Project, haben FZI-Wissenschaftler in einem internationalen Team Werkzeuge für Neurowissenschaftler entwickelt und so eine einzigartige Infrastruktur für die Erforschung von Gehirnmodellen sowie neuronal gesteuerter Roboter geschaffen. Eine erste Version wird im Herbst 2015 im Anschluss an eine Testphase zugänglich gemacht und legt den Grundstein für die anschließend anlaufende Forschung mit detaillierten Gehirnmodellen. Ein grundlegendes Verständnis des menschlichen Gehirns stellt nach wie vor eine der größten Herausforderungen des 21. Jahrhunderts dar. Mit einem Projektvolumen von insgesamt über 1 Milliarde Euro, verteilt über zehn Jahre und auf 120 Institutionen aus 24 Ländern, fördert die EU als Großforschungsprojekt das Human Brain Project, um ein verbessertes Verständnis des Gehirns zu erlangen. Dazu sollen erstmalig neurowissenschaftliche Daten und Methoden aus unterschiedlichen Disziplinen zusammengeführt und dadurch neuartige Möglichkeiten erschlossen werden, um einerseits Erkrankungen des menschlichen Gehirns effizienter zu erforschen und in Folge zu behandeln sowie andererseits innovative, biologisch inspirierte Computer-Technologien zu entwickeln. Das FZI wirkt am Human Brain Project mit Mitarbeitern aus zwei Forschungsbereichen am Neurorobotics-Teilprojekt mit, eines von insgesamt 13 Teilprojekten. In der rund zwei Jahre andauernden Aufbauphase liegt der Fokus des Teilprojektes am FZI auf der Entwicklung einer neuartigen Soft- und Hardware-Infrastruktur, der Neuro-Robotik-Plattform. Diese richtet sich an eine Vielzahl von Forschern und Entwicklern aus den Bereichen der Neurowissenschaften, Informatik und Robotik und wird es den Wissenschaftlern ermöglichen, sowohl realistisch simulierte als auch echte Roboter durch ein biologisch inspiriertes Gehirnmodell zu steuern und Informationen aus der Umwelt über Sensoren an das Gehirn zurückzuführen. Dies ermöglicht erstmalig neurowissenschaftliche Gehirnmodelle in einem geschlossenen Regelkreis, dem sogenannten Closed-Loop, zu testen und zu verifizieren. Bevor das langjährige Großforschungsprojekt mit der eigentlichen Forschungsarbeit starten kann, muss zunächst die technische Basis geschaffen werden. Deshalb haben die FZI-Wissenschaftler und Partner für die Neuro-Robotik-Plattform zum einen Modellierungswerkzeuge entwickelt, um virtuelle Roboter und Umwelt sowie komplexe Abläufe in Experimenten und neuronale Schaltkreise zu entwerfen. Zum anderen schufen sie die Anbindung der Schaltkreise an die Roboter und sorgten für die Koordination der Simulationen der neuronalen Netze und der virtuellen Umgebung mit dem Roboter. Für die Interaktion mit dem Benutzer wurden die Arbeiten des FZI in eine einheitliche webbasierte Oberfläche integriert, das Unified Portal. Um neuronale Netze und die Simulation der Roboter zu berechnen, ist ein beträchtlicher Rechenaufwand notwendig. Um diesen bewältigen zu können, werden die FZI-Forscher eine von Projektpartnern entwickelte, sogenannte dedizierte neuromorphe Hardware verwenden neuartige Computer, die in ihrer Funktionsweise dem Gehirn ähneln. Auf diese sowie auf die Großrechner des Konsortiums werden die aufwändigen Berechnungen im Projekt künftig ausgelagert, um einer Echtzeitsimulation des Gehirns näher zu kommen. Diese gesamte Infrastruktur, die bisher im Rahmen des Human Brain Projects erarbeitet wurde, ermöglicht im weiteren Projektablauf Experimente, mit deren Hilfe sich die Plausibilität von Gehirnmodellen überprüfen sowie deren Funktionalität genau beobachten und erforschen lässt. Aber auch neuartige Robotertechnologien wie zum Beispiel neuronal gesteuerte Laufroboter oder mit künstlichen Muskeln angetriebene Arme können mithilfe der neuen Werkzeuge erprobt werden. Aufbauend auf diesen Grundlagen wird sich in der folgenden Projektphase ab dem Frühjahr 2016 der Fokus des Teilprojekts verstärkt auf die neuronale Modellierung kognitiver Prozesse verlagern.

27 27 Der Laufroboter LAURON wird in der Neuro-Robotik-Plattform, der im Projekt entwickelten Simulationsumgebung, über neuronale Netze gesteuert. So sollen zum Beispiel neue Konzepte zur sensomotorischen Koordination komplexer Robotersysteme sowie zu deren Verhalten entwickelt werden. Unter sensomotorisch versteht man die Steuerung und Kontrolle der Bewegungen von Lebewesen mit Unterstützung von Sinnesrückmeldungen. Dazu wollen die Wissenschaftler ein neuronales System schaffen, das eine Verbindung zwischen den Feldern des klassischen maschinellen Lernens und des Neural-Computing herstellt. Letztendlich soll dann daraus ein biologisch plausibles Modell zum sensomotorischen Lernen beim Menschen entstehen. Ansprechpartner Dr.-Ing. Stefan Ulbrich, ISPE Projektpartner Technische Universität München, fortiss GmbH, École Polytechnikum fédérale de Lausanne, Scuola Superiore Sant Anna Förderung Future and Emerging Technologies (FET) Flagship der Europä ischen Kommission