Eine neue Folge des Cyber Valley Podcasts „Direktdurchwahl: Reden wir über
KI“ ist online. Unsere Cyber Valley Public Engagement Manager Rebecca
Beiter und Patrick Klügel gehen in der fünften Ausgabe der Frage nach, was
künstliche Intelligenz (KI) können sollte – und in welchen Bereichen sie
womöglich nicht eingesetzt werden sollte. Kann eine Maschine moralisch
handeln? Was ist eine vertrauensvolle KI?

Stuttgart/Tübingen, 12. November 2021 – Stuttgart/Tübingen, 12. November
2021 – Eine neue Folge des Cyber Valley Podcasts „Direktdurchwahl: Reden
wir über KI“ ist online. Unsere Cyber Valley Public Engagement Manager
Rebecca Beiter und Patrick Klügel gehen in der fünften Ausgabe der Frage
nach, was künstliche Intelligenz (KI) können sollte – und in welchen
Bereichen sie womöglich nicht eingesetzt werden sollte. Kann eine Maschine
moralisch handeln? Was ist eine vertrauensvolle KI?

Über ethische Fragen in Zusammenhang mit KI sprechen Beiter und Klügel mit
Dr. Thilo Hagendorff, KI-Ethiker im Exzellenzcluster „Maschinelles Lernen
– Neue Perspektiven für die Wissenschaft“ an der Universität Tübingen. Er
plädiert für eine „ethische Atmosphäre“ an den Fakultäten, so dass
Studierende verantwortungsbewusste Entwickler:innen von Technologie
werden. Denn wer KI-Systeme entwickle, habe viel Macht. „KI-Systeme werden
möglicherweise am Ende von Millionen oder sogar Milliarden von Menschen
benutzt – eine große Verantwortung“, sagt Hagendorff im Interview. Eine
gekürzte Fassung dieses Gespräch ist zudem auf https://cyber-
valley.de/de/news/Interview-zur-KI-Ethik zum Nachlesen erschienen.

Die Stimme aus der Gesellschaft kommt diesmal von Monika Heim,
Betriebsrätin bei Festo SE & Co. KG in Esslingen. „Ich sehe den
Einsatzbereich von KI da, wo sie die Arbeit nicht wegnimmt, sondern
verbessert“, sagt Heim. Sie stellt im Interview ethische Fragen in den
Mittelpunkt, die dort aufkommen, wo KI nicht nur assistiert, sondern
menschliche Arbeit ersetzt.

Die Podcast-Folge „KI und Ethik“ ist ab sofort auf allen gängigen
Plattformen online. So ist „Direktdurchwahl“ auf Spotify, Deezer, Amazon
Music/Audible sowie Google Podcasts verfügbar – und seit neuestem auch auf
Apple Podcasts und YouTube. Darüber hinaus strahlt horads 88,6, das
Campusradio für die Region Stuttgart/Ludwigsburg, den Podcast jeden
zweiten Sonntag um 14:00 Uhr aus.

Über Cyber Valley:
Cyber Valley ist Europas größtes Forschungskonsortium im Bereich der
künstlichen Intelligenz mit Partnern aus Wissenschaft und Industrie. Das
Land Baden-Württemberg, die Max-Planck-Gesellschaft mit dem Max-Planck-
Institut für Intelligente Systeme, die Universitäten Stuttgart und
Tübingen sowie Amazon, BMW AG, Daimler AG, IAV GmbH, Dr. Ing. h.c. F.
Porsche AG, Robert Bosch GmbH und ZF Friedrichshafen AG sind die
Gründungspartner dieser Initiative. Seit 2019 ist zudem die Fraunhofer-
Gesellschaft Cyber Valley Partner. Unterstützt wird Cyber Valley zudem von
der Christian Bürkert Stiftung, der Gips-Schüle-Stiftung, der Vector
Stiftung und der Carl-Zeiss-Stiftung.

Über „Direktdurchwahl“:
Im Podcast „Direktdurchwahl“ schaffen wir Klarheit darüber, woran KI-
Wissenschaftler:innen forschen. Es wird besprochen, was KI (noch) nicht
kann, oder worin aktuell in Forschung und Entwicklung besondere
Herausforderungen bestehen. Unsere Gäste sprechen nicht über
unrealistische Zukunftsvisionen, sondern über die tatsächlichen Fragen,
die sich bei ihrer Forschung stellen. Am wichtigsten aber ist: In dem
Podcast kommt die Gesellschaft zu Wort. Wir fragen Menschen aus der Region
nach ihrer Perspektive auf das komplexe Thema KI. Direktdurchwahl gibt es
überall, wo es Podcasts gibt.

Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE feiert in diesem
Jahr sein 40jähriges Jubiläum. Das größte Solarforschungsinstitut Europas
mit mittlerweile rund 1300 Mitarbeitenden begleitete die Energiewende in
Deutschland von Anfang an mit. Heute ist es weltweit einer der wichtigsten
Impulsgeber und Forschungspartner für eine Energieversorgung basierend auf
100 Prozent erneuerbaren Energien.

Zu diesem Anlass veranstaltet das Fraunhofer ISE heute ein Symposium unter
dem Titel »Nachhaltige Forschung für die Energiewende – und für die
Generationen nach uns«. Dazu Institutsleiter Prof. Dr. Hans-Martin Henning
»Von Anfang an haben wir am Fraunhofer ISE mit großer thematischer
Bandbreite und einem Blick auf das gesamte Energiesystem Forschungs- und
Entwicklungsarbeit geleistet«. Institutsleiter Prof. Dr. Andreas Bett
ergänzt: »Bei unserem Symposium blicken wir auf 40 erfolgreiche Jahre
zurück. Wir fragen aber auch, welche gesellschaftlichen, wirtschaftlichen
und politischen Anstrengungen jetzt erforderlich sind, um einem
klimaneutralen Energiesystem zum Durchbruch zu verhelfen.«
Der Solarpionier Prof. Adolf Goetzberger, damals Leiter des Fraunhofer-
Instituts für Angewandte Festkörperphysik IAF, gründete das Fraunhofer ISE
1981 gegen anfängliche Widerstände. Das Institut umfasst heute zwei etwa
gleich große Bereiche: Photovoltaik sowie Energietechnologien und
-systeme. Das spiegelt sich auch bei der Institutsleitung wider, die seit
2017 Prof. Dr. Hans-Martin Henning und Prof. Dr. Andreas Bett als
Doppelspitze innehaben.

Photovoltaikforschung für höhere Wirkungsgrade und niedrigere Kosten

PV-Technologien, die am Fraunhofer ISE entwickelt wurden, haben starke
Verbreitung in der internationalen Solarzellenproduktion gefunden, wie zum
Beispiel der Einsatz von Lasern oder die TOPCon-Technologie. In der
Anwendung dieser und weiterer PV-Technologien erzielte das Institut
zahlreiche Rekorde: Weltrekorde, wie den Wirkungsgradrekord für
multikristalline Siliciumsolarzellen mit TOPCon Technologie (22,3 %),
beidseitig kontaktierte Siliciumsolarzellen mit TOPCon-Technologie (26.0
%) und für III-V-Tandemzellen auf Silicium (35.9 %).

Forschung für CO2 neutrale Energietechnologien und -Systeme

Der Umbau der Energieversorgung auf erneuerbare Energien endet nicht bei
der Energiebereitstellung. Um den systemischen Anforderungen einer
erneuerbaren Energieversorgung in der gesamten Breite gerecht zu werden,
beschäftigen sich die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des
Fraunhofer ISE von Beginn an auch mit der Integration solaren Stroms und
solarer Wärme in das Energiesystem. Sie betreuten zum Beispiel ab 1987 das
Energieprojekt an der Rappenecker Hütte, die unter ihrem Geleit die erste
vollständig mit Solarenergie versorgte Wandergaststätte wurde. Ihr
Jahresstromverbrauch von 4000 kWh wird zu rund 65 Prozent von der
Photovoltaik, zu circa 10 Prozent von Windkraft und zu 25 Prozent mit
Hilfe einer Brennstoffzelle gedeckt. Auch Meilensteine wie die Entwicklung
des ersten vollelektrischen Wechselrichters zum Einsatz in autonomen PV-
Anlagen oder ein hocheffizientes induktives Ladesystem für
Elektrofahrzeuge tragen die systemische Handschrift des Instituts. Heute
wird an einem eigenen Standort die Leistungselektronik der zukünftigen
Stromnetze, die immer größere Anteile von Strom aus Sonne und Wind
enthalten, entwickelt.
Im Bereich der Solarthermie entwickelte das Institut unter anderem
Solarkollektoren aus Ultrahochleistungsbeton und neuartige selektive
Solarabsorberschichten für thermische Solarkollektoren, entwickelte aber
auch Verfahren zu optimierten Regelung von solarthermischen Kraftwerken.
Wärmepumpen – einer zentralen Heiztechnologie der Zukunft – widmen sich
die Forscherinnen und Forscher mit umfangreichen Feldtests, sowie der
Weiterentwicklung von Kältekreisen mit natürlichen, klimaschonenden
Kältemitteln.

Die entscheidende Phase der Energiewende begleiten

Wegweisende Studien des Fraunhofer ISE, wie zum Beispiel jüngst die wieder
aktualisierte, auf dem ReMod-Modell basierende Studie »Wege zu einem
klimaneutralen Energiesystem – Die deutsche Energiewende im Kontext
gesellschaftlicher Verhaltensweisen« zeigen, dass der Ausbau der
erneuerbaren Energien in Deutschland bis 2045 stark intensiviert werden
muss. Sie belegt zugleich den hohen Einfluss gesellschaftlichen Verhaltens
auf Aufwand und Kosten des Umbaus des Energiesystems.
Die umfassende, öffentlich zugängliche Energiedatenbank »Energy-Charts«
bereitet Energiedaten in Deutschland und mittlerweile auch anderen
europäischen Ländern auf und dient vielen Akteurinnen und Akteuren als
Informations- und Diskussionsgrundlage zum Stand der Energiewende.
Der Anforderung an das sechs- bis achtfache der aktuellen Flächen für
Photovoltaik, begegnen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mit
Forschung zu Integrierter Photovoltaik: 2017 konzipierten sie die erste
Agri-PV Anlage in Deutschland, 2019 präsentierten sie ein farbiges PV-
Autodach. Neuartige Modulverschaltungen wie neue Zellverbinder,
Klebeverfahren für Schindelmodule, Module für Gebäudeintegrierte
Photovoltaik und farbige MorphoColor®-Schicht ermöglichen immer bessere
Photovoltaikmodule auch für anspruchsvollere Flächen.
Die Effizienz der Solarzellen und -module soll auch zukünftig
vorangetrieben werden, zum Beispiel mit einem Forschungsschwerpunkt auf
höchsteffiziente Tandemphotovoltaik in einem dafür im Sommer 2021
eingeweihten Zentrum für höchsteffiziente Solarzellen. Die Speicherung des
so gewonnen Stroms wird ab 2022 ebenfalls ein neues Laborgebäude erhalten,
in dem Forschung und Test von Batteriespeichersystemen noch umfassender
möglich sein wird als aktuell. Und auch beim letzten großen Baustein der
Energiewende, Wasserstoff, ist ein Ausbau der Infrastruktur geplant. Die
erste solare Wasserstofftankstelle in Freiburg, 2012 als öffentlich
zugängliche Pilotprojekt und Forschungsplattform eröffnet, bekommt längst
mehr Andrang, als sie bedienen kann.
»Viel wurde erreicht, um eine auf erneuerbaren Energien basierende
Energieversorgung überhaupt denkbar zu machen. In der Umsetzung liegt
allerdings noch das größte Wegstück für uns«, so Hans-Martin Henning. Und
Andreas Bett ergänzt: »Deshalb wird angewandte Forschung zum Transfer
neuer Technologien und Systemlösungen auch in den nächsten Jahrzehnten
nicht an Bedeutung verlieren.«

Zukünftige Trägerraketen-Konzepte werden noch leichter sein, denn in der
Raumfahrtindustrie wird jedes Bauteil optimiert, um einen wirtschaftlich
günstigen Betrieb zu gewährleisten. Die Entwicklung neuer Materialien und
multifunktionaler Strukturen sowie innovativer Fertigungstechnologien ist
dafür unerlässlich. Im Fraunhofer LBF wurde die Umsetzung der
vibroakustischen Metamaterialien-Technologie für eine zylindrische
Leichtbaustruktur aus Verbundwerkstoff untersucht sowie ein Konzept für
multifunktionale, tragende Leichtbaustrukturen für Satelliten entwickelt.
Dabei haben die Forschenden mehrere Funktionen in zwei typische
Strukturelemente eines herkömmlichen Satelliten integriert.

Trägerraketen mit optimiertem Schwingungsverhalten

Verbundwerkstoffe (beispielsweise Kohlefaserverbundwerkstoff, kurz CFK)
ermöglichen große Masseneinsparungen bei Trägerraketen und werden für die
Anwendung in verschiedenen Systemen und Komponenten in Betracht gezogen.
So will die Europäische Weltraumorganisation (ESA) bis 2025 eine Oberstufe
komplett aus Kohlefaserverbundwerkstoff für die neue Generation der Ariane
6 entwickeln, mit dem Ziel, die Nutzlastkapazität um zwei Tonnen zu
erhöhen. Obwohl Oberstufen aus Verbundwerkstoffen im Vergleich zu
metallischen Materialien ein höheres Steifigkeits-Masse-Verhältnis
aufweisen, können sie bei bestimmten Frequenzen zu höheren
Schwingungsamplituden führen, die insbesondere in der Startphase kritisch
sind. Ein innovativer Ansatz zur Reduzierung von Schwingungen sind
vibroakustische Metamaterialien.

Mit Metamaterialien wird ein in der Natur nicht vorkommendes Verhalten
erzeugt. Neben optischen und elektromagnetischen Metamaterialien werden
spezielle Formen von Metamaterialien auch zur Lärm- und
Schwingungsminderung eingesetzt. Die Wissenschaftlerinnen und
Wissenschaftler aus dem Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und
Systemzuverlässigkeit LBF haben konzeptionelle und numerische
Entwurfsstrategien entwickelt und experimentell validiert. Es traten
Schwingungsreduktionen von bis zu 30 Dezibel (dB) im Frequenzbereich
zwischen 150 Hertz (Hz) und 200 Hertz auf.

Leichte Satelliten mit integrierten Funktionen

In tragende Satellitenstrukturen sind verschiedene Funktionen integriert,
die normalerweise von eigenständigen Satellitensubsystemen und
-komponenten bereitgestellt werden.

Am Fraunhofer LBF wurden numerische Modelle zur mechanischen Beschreibung
der Leichtbaustrukturen mit integrierten aktiven Funktionen entwickelt,
mit denen das reale Verhalten der Satellitenstrukturen effizient und
zuverlässig abgebildet werden kann. Dieses neu entwickelte integrative
Konzept fügt den vorhandenen Strukturen aktive Funktionen, beispielsweise
Schwingungsminderung oder Energie- und Datenübertragung. Auch die
Integration passiver Funktionen, wie Wärmeübertragung,
Strahlungsabschirmung oder Aufprallschutz ist möglich.

Vorteile dieses neuen technologischen Konzepts sind die Verringerung der
Masse und des Volumens des Satelliten, aber auch ein hochintegrativer und
standardisierter »One-Shot« Produktionsprozess. Dieser macht die
Herstellung, Integration, Qualifizierung, den Start und den Betrieb eines
Satelliten kosten- und zeiteffizienter.

Mehr zu den neuen Forschungsergebnissen präsentieren die
Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler vom 16. bis 18. November auf dem
Fraunhofer-Stand N 40 in Bremen.

Intelligente Informationstechnologien nehmen Einzug in die
Binnenschifffahrt!

Über das Projekt
Das Projekt Binntelligent wurde im Rahmen der Initiative innovative
Hafentechnologien (IHATEC) vom Bundesministerium für Verkehr und digitale
Infrastruktur gefördert. Neben dem Institut für Seeverkehrswirtschaft und
Logistik (ISL) waren das Bremer Institut für Produktion und Logistik GmbH
(BIBA), die dbh Logistics IT AG, die Hafen Hannover GmbH, die
Hafenbetriebsgesellschaft Braunschweig mbH sowie die modal 3 Logistik GmbH
am Projekt beteiligt.

Binnenhäfen und die Binnenschifffahrt wurden bislang selten als Vorreiter
bei der Digitalisierung wahrgenommen. Dies könnte sich in Zukunft ändern:
Im IHATEC-Projekt „Binntelligent“ haben die Häfen Braunschweig und
Hannover sowie der Transportdienstleister modal 3 zusammen mit dem
Institut für Seeverkehrswirtschaft und Logistik (ISL), dem Bremer Institut
für Produktion und Logistik GmbH (BIBA) und der dbh Logistics IT AG
mögliche Anwendungen und Potenziale für intelligente
Informationstechnologien in Binnenhäfen und der Binnenschifffahrt
identifiziert und prototypisch umgesetzt. Als Anwendungsfeld diente
hierbei der Hafenhinterlandverkehr im Fahrtgebiet der Weser und des
Mittellandkanals. Die Ergebnisse des Projektes wurden nun dem
Projektträger und Vertretern der Hafenwirtschaft, der Binnenschifffahrt
sowie verantwortlicher Behörden und Verwaltungen vorgestellt.

Investitionsunsicherheiten reduzieren
„Insbesondere den kleinen und mittelständischen Akteuren, welche ganz
wesentlich die Branche prägen, fehlen Erfahrungswerte zum betrieblichen
und wirtschaftlichen Nutzen von Investitionen in IT und Digitalisierung“,
erläutert Projektleiter Patrick Specht. „Ein wesentliches Ziel des
Projektes war es daher, Anwendungsfälle und Potenziale für intelligente
Informationstechnologien zu identifizieren und durch die Entwicklung und
Erprobung von Prototypen zu evaluieren.“ Die beteiligten Häfen und
Binnenschifffahrtstreibenden konnten durch die enge Begleitung des
Entwicklungsprozesses von der Idee über die technische Konzeption bis hin
zum Testen der fertigen IT-Demonstratoren ihre digitalen Fähigkeiten
deutlich steigern. Basierend auf den Anforderungen der Praxispartner
wurden insgesamt drei Lösungsansätze während der Projektlaufzeit
umgesetzt, die jeweils unterschiedliche Problemstellungen und
technologische Konzepte abbilden.

Plattformlösungen, maschinelles Lernen und Simulation
Ähnlich wie es in Seehäfen mit etablierten Port Community Systemen der
Fall ist, sollen die Akteure der Binnenhäfen und der Binnenschifffahrt
zukünftig ebenfalls über gemeinsame Plattformlösungen digital miteinander
verbunden werden. Wie dies aussehen könnte, hat das Konsortium anhand der
Koordination von Schiffsanläufen erfolgreich demonstriert. „Zudem wird es
künftig möglich sein, den Hinterlandverkehr auf den Binnenwasserstraßen
durch zusätzliche Statusinformationen über Ladungen und Schiffreisen
wesentlich transparenter zu gestalten und Transportkunden so ein
zusätzliches Maß an Vertrauen und Planungssicherheit bieten zu können“,
erläutert Karin Steffen-Witt (dbh Logistics IT AG) die Vorteile der
Kommunikationsplattform Binntelligent.
„Dass die Binnenschifffahrt bereits heute auf einem großen Datenschatz
sitzt, konnte mit Methoden der künstlichen Intelligenz unter Beweis
gestellt werden. So nutzte das Konsortium historische und aktuelle
Positionsdaten, um Fahrtverläufe zu analysieren und mittels Machine-
Learning-Algorithmen darüber Ankunftsprognosen für einzelne Reisen
bereitzustellen und über die Binntelligent-Plattform
mit anderen Akteuren zu teilen“, beschreibt Aaron Heuermann (BIBA) seine
Arbeit Durch die Nutzung von Simulationsmodellen wurden zudem strategische
Fragestellungen der Binnenschifffahrt, wie beispielsweise die Evaluation
verschiedener Transportstrategien oder die Definition organisatorischer
und infrastruktureller Anforderungen, umfassend betrachtet.

Weiterhin große Anstrengungen notwendig
Trotz erfolgreicher IT-Demonstrationen sehen die Beteiligten auch nach
Abschluss der Arbeiten noch einige Handlungsbedarfe in Bezug auf den
zukünftigen Einsatz von Informationstechnologien in den Binnenhäfen und
der Binnenschifffahrt. So führe die Fragmentierung der eingesetzten
Systeme in der Branche derzeitig zu einem hohen Integrationsaufwand, da
technische Schnittstellen oft nicht vorgesehen und somit nachträglich
umgesetzt werden müssen. Hier seien Softwareunternehmen künftig gefragt,
ihre Angebote stärker auf die wirtschaftlichen Rahmenbedingungen und
Bedürfnisse der Binnenschifffahrt zuzuschneiden. Auch ein Ausbau der
digitalen Infrastruktur an den Wasserstraßen und in den Häfen könne nach
Ansicht der Projektpartner dazu beitragen, die Potenziale von IT-Lösungen
besser nutzen zu können. Neben der Verfügbarkeit von AIS-Daten für
logistische Zwecke betrifft dies beispielsweise auch die Bereitstellung
von Echtzeit-Daten zu Infrastrukturobjekten wie Brückendurchfahrtshöhen,
Schleusenzuständen oder Liegeplatzverfügbarkeiten.

Dass in der Branche ein gesteigertes Interesse an Digitalisierungsthemen
herrscht, zeigt die positive Resonanz, welche das Binntelligent-Team
während des gesamten Projektverlaufs insbesondere vom lokalen Gewerbe und
auch seitens der öffentlichen Verwaltungen erfahren hat. „Das stimmt uns
sehr optimistisch, dass wir in Zukunft einen deutlich stärkeren Einsatz
innovativer IT-Lösungen in der Binnenschifffahrt erwarten können“, so das
positive Fazit von Patrick Specht.