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JAAI.de erhielt vor Kurzem die Möglichkeit einer exklusiven Führung durch die Hallen des Deutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) am Standort Bremen. In diesem Beitrag nehmen wir dich mit auf eine Reise durch die Welt der Robotik und der künstlichen Intelligenz.

dfki-logo

Das DFKI gehört weltweit zu den größten und angesehensten Forschungseinrichtungen mit dem Schwerpunkt künstliche Intelligenz. Es wurde 1988 gegründet und feiert somit in diesem Jahr sein 30-jähriges Bestehen.

Mittlerweile unterhält das DFKI Standorte in Kaiserslautern, Saarbrücken, Bremen, ein Projektbüro in Berlin und Außenstellen in Osnabrück und St. Wendel. Insgesamt existieren 18 Forschungsbereiche und -gruppen, zehn Kompetenzzentren und acht Living Labs. Realisiert werden die Forschungsprojekte mit insgesamt knapp 900 Mitarbeitern, wovon in etwa die Hälfte studentische Mitarbeiter sind.

Top-Forschung im internationalen Vergleich

Im internationalen Vergleich spielt das DFKI in einer Liga mit dem MIT, Harvard anderen Elite-Forschungszentren. Eines von vielen Indizien hierfür: Derzeit beschäftigt das DFKI 24 Forscher mit einem h-Index von ≥ 20, davon haben 8 einen h-Index von ≥ 30.

Für den Großteil der Mitarbeiter stellt das DFKI einen wichtigen Abschnitt ihrer beruflichen Karriere dar. Nach durchschnittlich ca. sieben Jahren am Forschungszentrum gehen jeweils ca. ein Drittel der Angestellten in leitende Positionen in der Industrie, werden Hochschullehrer oder gründen ein eigenes Unternehmen. Bis heute wurden ca. 100 ehemalige Mitarbeiter des DFKI als Professorinnen und Professoren an verschiedenste Universitäten weltweit berufen.

Gesellschafter und Firmenstruktur des DFKI

Das Forschungszentrum firmiert als gemeinnützige GmbH. Das heißt, dass es zwar Gewinne erwirtschaften darf, diese jedoch wieder für gemeinnützige Zwecke verwenden muss, beispielsweise für den Bau eines neuen Forschungsgebäudes.

Der Gesellschafterkreis des DFKI besteht zum Großteil aus Unternehmen wie z.B. SAP, Google, BMW, John Deere, Airbus, u.Ä., die sich durch ihren Gesellschafterstatus einen Platz an der Quelle zukünftiger KI-Technologien sichern.

Gesellschafterkreis_DFKI

Neben den Unternehmen befinden sich auch Bundesländer und Einrichtungen wie z.B. das Fraunhofer Institut im Gesellschafterkreis. Der Großteil der Forschungsprojekte des DFKI entsteht im Auftrag von und / oder in Zusammenarbeit mit einem der Gesellschafter. Für neue Gesellschafter gibt es eine Warteliste.

Spin-Offs des DFKI

Im Laufe der Zeit hat das DFKI insgesamt 86 Forschungsprojekte zu eigenen Unternehmen ausgegründet (Spin-Off), wovon heute immer noch 50 unternehmerisch aktiv ist. 2004 war das DFKI der erste Preisträger des deutschen Spin-Off Preises für gründungsaktive Forschungsinstitute und Lehrstühle in der Kategorie der höchsten Anzahl von Spin-Off Unternehmen und der Anzahl der dadurch geschaffenen Arbeitsplätze.

„Die Vorgabe am DFKI ist, dass pro Forscher nach spätestens 10 Jahren drei hochwertige Arbeitsplätze geschaffen werden müssen. Dieses Ziel wurde erreicht.“

Prof. Wolfgang Wahlster, technisch-wissenschaftlicher Direktor und Vorsitzender der Geschäftsführung am DFKI

Beispiele für DFKI Spin-Offs:

  • Softgarden: E-Recruiting Software
  • KIANA Systems: Big Data Analytics, Data Mining und Machine Learning Technologies (mittlerweile eine Beteiligung der KPMG)
  • Kraken Robotik: Bildgebende Unterwasserroboter

Das Robotics Innovation Center

Das Robotics Innovation Center (RIC) zählt zum Bremer Standort des Deutschen Forschungszentrums für Künstliche Intelligenz (DFKI) GmbH. Hier entwickeln Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler unter Leitung von Prof. Dr. Dr. h.c. Frank Kirchner mobile Robotersysteme, die an Land, zu Wasser, in der Luft und im Weltraum für komplexe Aufgaben eingesetzt werden. Dabei kooperiert das RIC eng mit der Arbeitsgruppe Robotik der Universität Bremen.

Mit insgesamt ca. 120 Mitarbeitern werden dort mobile Robotersysteme erforscht und entwickelt. Direkt an der Bremer Universität gelegen, verfügt das DFKI über mehrere Gebäude, in denen neben Büros und Werkstätten auch eine maritime und Weltraum-Explorationshalle untergebracht sind.

Bereits in der Eingangshalle des Hauptgebäudes erwarten Besucher die ersten Roboter-Exponate.

Weltraum-Explorationshalle

Die Weltraum-Explorationshalle bietet den Forschern des DFKI eine 105 m² große künstliche Kraterlandschaft, in der Systeme der Weltraumrobotik unter realistischen Untergrundbedingungen getestet werden können.

Künstliche Kraterlandschaft

Die Oberfläche der Kraterlandschaft lässt sich verändern, sodass verschiedene Untergründe simuliert werden können. Auch die Steigung der Kraterlandschaft kann variabel bis maximal 45° eingestellt werden. Dank des in der Halle verbauten Tageslichtsystems können auch verschiedene Lichtbedingungen simuliert werden.

Einen Überblick über die Weltraum-Explorationshalle gibt dieses Video:

Neben den dauerhaft in der Halle platzierten Robotern, wurden während unseres Besuchs in der Halle auch verschiedene weitere Roboter getestet. Hier ein Überblick über einige Systeme, die wir zeigen dürfen:

CREX – Crater Explorer

CREX

Der CREX ist ein sog. „Crater Explorer“. Er dient im Rahmen des Projektes RIMRES als Scout-System für die Exploration von tiefen lunaren Polkratern, in denen Wassereis und weitere volatile Stoffe vermutet werden.

AILA – Mobile Dual-Arm-Manipulation

AILA ist mobiles Robotersystem, das über zwei Arme verfügt und als Plattform zur Forschung im Bereich der mobilen Manipulation dient. Insgesamt hat AILA über 32 Freiheitsgrade und steht auf 6 Rädern. Die äußere Erscheinung und der Aufbau des gesamten Systems orientieren sich am Menschen.

Im folgenden Video sieht man AILA im Einsatz:

Ebenfalls in der Explorationshalle findet sich der Nachbau einer Bedieneinheit der ISS-Raumstation. Die angebrachten QR-Codes dienen AILA zur Orientierung während der Manipulation.

Coyote III – Mikro-Rover

Coyote III

Der Coyote III ist ein sog. Mikro-Rover, der durch seine Konstruktion, die verbauten Sensoren, den eigenen Computer und die interne Stromversorgung ideal für autonome Explorationsaufgaben geeignet ist. Durch die sternförmige Konstruktion der Räder kann sich der Rover beispielsweise aus Kratern selbstständig herausheben und auch Steigungen mit einer unstrukturierten Oberfläche meistern.

Zwei standardisierte Schnittstellen (silberne Flächen mit Pins oben am Robote) bieten die Möglichkeit, zusätzliche Nutzlastelemente, z.B. Manipulatoren oder Container, anzudocken.

Coyote III kann nicht nur im Weltraum, sondern auch für irdische Such-, Rettungsaufgaben genutzt werden. Mit Hilfe der verbauten Kamera und über den 3D-Laserscanner erhält das System einen umfassenden Umgebungsüberblick. Beides kann ebenfalls für Kartierungsaufgaben genutzt werden.

Maritime Explorationshalle

Die maritime Explorationshalle bietet den DFKI-Forschern mehrere Anlagen zum Testen neuer Robotersysteme für den Einsatz auf und unter Wasser. Neben dem oben abgebildeten Salzwasserbecken gibt es noch zwei Testbassins, ein VR-Labor und eine Druckkammer.

Das große Salzwasserbecken fasst 3,4 Mio. Liter Wasser. Es ist 23 Meter lang, 19 Meter breit und 8 Meter tief. Im folgenden Video erhält man einen schönen Überblick über die Halle:

In das große Hauptbecken wurden im obigen Video für Tests beispielhaft folgende Elemente integriert:

  • Eine 12 Meter lange Pipeline, die für Tests und Weiterentwicklungen von Pipeline-Tracking-Systemen genutzt wird.
  • Der Nachbau eines Offshore-Oil/Gas-Control-Panels zum Testen von Unterwasserfahrzeugen bei der Inspektion und Manipulation.
  • Ein 5 x 5 Meter großes Fischernetz.
  • Eine höhlenartige 3D-Landschaft zum Testen der Navigationsfähigkeit eines Systems unter und neben Felsformationen.

Wir konnten bei unserem Besuch einige weitere maritime Robotersysteme live bestaunen:

AUVx – Autonomes Miniatur-Unterwasserfahrzeug

Der Name „AUVx“ leitet sich ab vom Autonomous Underwater Vehicle. Das miniaturisierte Explorations- und Forschungsfahrzeug (linkes Bild) wurde speziell für den Einsatz im Rahmen des Europa-Explorer Projektes entwickelt. Durch die kompakten Maße und die längliche Form des Systems kann es innerhalb des Eisbohrers untergebracht werden, der zur Erkundung des Ozeans eingesetzt werden soll, welcher unter einer Oberfläche aus Eis auf dem Jupitermond Europa vermutet wird.

Das AUVx verfügt über 3 um 180° drehbare Thruster, mit Hilfe dessen es sich im Wasser fortbewegen und navigieren kann. Neben verschiedenen Sensoren ist an Board des AUVx auch eine Kamera verbaut, um Unterwasseraufnahmen anzufertigen, die dann von Algorithmen zur Bilderkennung verarbeitet werden.

Eine weitere Aufgabe des AUVx ist die Bestimmung der Position der sog. µGlider (rechtes Bild). Diese Positionsdaten werden dann an das IceShuttle (Leng, s. unten) übertragen, sodass dieses sich auf den Weg zur ermittelten Position machen kann. Wie genau das funktioniert, ist in folgendem Video zu sehen:

Leng – Langstrecken-Explorationsfahrzeug

Leng ist ebenfalls ein autonomes Unterwasser-Explorationsfahrzeug, das jedoch speziell für den Einsatz auf Langstreckenmissionen konzipiert wurde. Durch seinen sehr geringen Durchmesser passt es durch den Eisbohrer, der im Rahmen der Europa-Explorer Mission verwendet wird (s. oben). Auch in diesem Fahrzeug befinden sich eine Menge an unterschiedlichen Navigationssensoren.

Wie das Leng eine autonome Testmission durchläuft, ist in diesem Video zu sehen:

Fazit

Wir haben auf unserer exklusiven Führung viel über Robotik und die dahinterstehende Entwicklung gelernt. Es war faszinierend und inspirierend zu erleben, mit wie viel Know-How, Herzblut und Kreativität die Spitzenforscher auf diesem Gebiet die Erkundung neuer Orte und das Erreichen neuer Meilensteine in der Robotik beim DFKI in Bremen betreiben. Wir sind beeindruckt und möchten uns hiermit nochmals herzlich beim DFKI für die tolle Führung bedanken.


Bildmaterial: JUST ADD AI GmbH & Deutsches Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) GmbH