Künstliche Intelligenz

Künstliche Intelligenz (KI) begleitet uns im Alltag, sie »versteckt« sich oft in Alltagsanwendungen. KI wird als die zentrale Technologie gehandelt, die Autos intelligent und autonom fahren lassen kann, die Lieferketten besser planbar, Produktionsprozesse effizienter und damit etwa auch Nachhaltigkeitsziele erreichbar machen soll. Sie bestimmt auch die Strategien in Wirtschaft und Politik und zunehmend in der Verwaltung.

Im Werkzeugkasten der Informatiker ist die KI ein wichtiges Werkzeug. Aber wie ein Handwerker nicht immer den 10er-Schlüssel braucht, ist es auch bei der Anwendung von KI: Ob KI als passende Lösungsoption in Betracht kommt oder aber eine andere technische Variante zur Bewältigung des Problems besser geeignet ist, muss jeweils von Fall zu Fall entschieden werden. »Dies erfordert nicht nur Expertise im Bereich KI, sondern auch tiefes Domänenwissen«, sagt Prof. Dr. Manfred Hauswirth, Leiter des Fraunhofer FOKUS.

Bei Fraunhofer FOKUS liegt deshalb der Schwerpunkt auf dem Einsatz von KI aus der Praxis für die Praxis. KI kann ein geeigneter Ansatz sein und bisherige Lösungen ersetzen oder ergänzen. »Die wichtigste Voraussetzung für den erfolgreichen Einsatz von KI-Methoden ist ein tiefes Verständnis des Themenfeldes, der Domäne, in dem diese zum Einsatz kommen sollen. Ohne dieses Verständnis läuft man Gefahr, bereits gut gelöste Probleme, z. B. in der Regelungs- und Steuerungstechnik, mit KI ein weiteres Mal und gegebenenfalls schlechter bzw. mit viel höherem Aufwand zu lösen«, ergänzt Dr. Tom Ritter, stellv. Leiter des Fraunhofer FOKUS.

Nur mit tiefem Domänenverständnis lässt sich – mit oder auch ohne KI – eine effektive, innovative und effiziente Lösung finden. Um eben dies beurteilen zu können, beginnt die Arbeit der FOKUS-Forscherinnen und -Forscher immer mit einer detaillierten Problem- und Anforderungsanalyse aus der Domäne heraus. Gleichzeitig stehen umfangreiche Methoden zur Verfügung, zu denen auch die KI-Verfahren zählen.

Mit langjähriger Erfahrung und Spezialwissen unterstützt Fraunhofer FOKUS seine Projektpartner bei der Problemlösung in vielen Domänen – sei es etwa in der Medien- und Unterhaltungsbranche, im Gesundheitswesen, in der öffentlichen Verwaltung oder in der Industrie. Mit den Forschungsergebnissen werden beispielsweise eine genaue Bild- und Objekterkennung beim automatisierten Fahren, die Optimierung von Abläufen in der öffentlichen Verwaltung, eine effektive Qualitätssicherung oder die verbesserte Vorhersage von Ereignissen im Bereich der öffentlichen Sicherheit ermöglicht. Im Bereich Smart Mobility wird KI zur Optimierung von Abläufen im Mobilitätsbereich genutzt.

Und KI ist nicht gleich KI. Vielmehr redet man aktuell meistens über eine sehr spezifische Form von KI, nämlich Mustererkennung durch maschinelles Lernen (ML). ML als ein Teilgebiet der KI dient dazu, Muster in sehr großen Datenmengen zu finden, um daraus Zusammenhänge ableiten zu können, die zur Entscheidungsfindung dienen. KI umfasst neben Mustererkennung durch ML jedoch auch weitere Methoden und Technologien, wie wissensbasierte Systeme, Schlussfolgerungssysteme, Robotik und intelligente multimodale Mensch-Maschine-Interaktion.

Geforscht wird an Anwendungsszenarien u. a. für Smart Cities und Predictive Maintenance und auch im Bereich 5G. Der neue Mobilfunkstandard 5G wird bald die Kommunikationswelt prägen. KI und ML setzt Fraunhofer FOKUS deshalb zur Realisierung selbstorganisierender 5G-Netze, beispielsweise Campus-Netze, ein. Diese Netze können sich dem Nutzungsbedarf bzw. den Sicherheitserfordernissen dynamisch anpassen. KI und ML ermöglichen einen automatisierten und auch vorausschauenden Betrieb solcher Netze. Auch im Bereich Videostreaming gibt es Bedarf. Mit ML-Methoden können sehr große Mengen Videomaterial effizient und schnell hinsichtlich ihrer objektiven und subjektiven Qualität analysiert werden. Basierend auf diesen Erkenntnissen können Empfehlungen für eine optimierte Kodierung von Videos getroffen werden. Das spart Speicherplatz und Übertragungskosten und verbessert die Videoqualität.

Fraunhofer FOKUS arbeitet auch an der Standardisierung, Zertifizierung und Laufzeitqualität von KI, wie auch an der IT-Sicherheit von und mit KI, u. a. im Bereich Netzwerksicherheit, z. B. für die Analyse von Datenströmen an Zugangsroutern. Ein Schwerpunkt unserer Arbeit ist die Integration von maschinellem Lernen in sicherheitskritische Anwendungen sowie mit MLOps (Machine Learning Operations). Dieser Ansazt erleichtert datengetriebene Innovationen, die durch standardisierte Entwicklungsprozesse und automatisierte Qualitätssicherungsmaßnahmen abgesichert werden. Wir legen einen besonderen Wert auf die Validierung von ML- und generativen KI-Lösungen, um Risiken wie eingeschränkte Robustheit, Halluzinationen oder unethische Ergebnisse zu minimieren. Auch im Bereich öffentliche Sicherheit spielt KI zukünftig eine wichtige Rolle. Dabei geht es in erster Linie um Transparenz und darum, die Behörden zu befähigen, KI-Verfahren auf ihre Einsatzpotenziale hin mit der Expertise von Fraunhofer FOKUS herstellerunabhängig zu bewerten.