Digitale Zwillinge und Cybersecurity-Strategien für moderne Arbeitswelten

Neue Lösungen für die Industrie der Zukunft

Roboter, die von einer KI-Plattform gesteuert werden, und ihre virtuellen Modelle, so genannte digitale Zwillinge, sind die technologische Basis der KI.FABRIK. „Die ganze Fabrik ist in Daten simuliert. Bevor noch irgendein Bauteil wirklich da ist, kann der Roboter mit einem digitalen Zwilling schon üben, was er montieren soll“, erklärt Klaus Bengler und ergänzt: „Roboter werden in Zukunft nicht programmiert, sondern sie lernen von uns, was sie tun sollen. Menschen machen ihnen etwas vor und sie machen es nach.“ Er will mit seinem Team und dem neuen Labor zeigen, dass Roboter Aufgaben selbständig lernen, optimieren und ausführen können.

Kejia Chen kommt aus China und ist Teil des internationalen Teams. Sie ist seit Anfang 2022 Doktorandin an der TUM. Ihre Aufgabe ist es, Robotern beizubringen, Kabel in einer vorgegebenen Form, zum Beispiel wie den Buchstaben S, zu verlegen. Diese Tätigkeiten spielen beispielsweise in der Fertigung von Cockpits für Autos eine Rolle, wo bisher Menschen diese eintönigen, sich ständig wiederholenden Handgriffe ausführen. Kejia Chen arbeitet daran, dass künftig zwei Roboterarme selbständig das Kabel gemeinsam verlegen und fixieren.

Obwohl dies leicht und unkompliziert aussieht, steckt viel Arbeit darin. „Wir hatten anfangs Probleme, den richtigen Moment zu finden, wann und wie der zweite Arm dem ersten zu Hilfe kommt, ohne dass sie zusammenstoßen. Aber wir konnten das Problem lösen, und jetzt arbeiten sie sehr gut zusammen“, sagt sie. Der nächste große Schritt ist es, für ihre Roboter digitale Zwillinge zu schaffen. Diese können dann mit der echten Produktion in einer Automobilfabrik vernetzt werden, und Kejia Chen kann komplexere Aufgaben simulieren und später mit den Robotern üben und ausführen.

Insgesamt arbeiten die Forschenden an acht Technologieschwerpunkten – von Teleoperation über kollektives Lernen bis hin zu Netzwerkdesign und mobiler Robotertechnik. Neben Wissenschaftler:innen aus der TUM School of Computation, Information and Technology und der TUM School of Engineering and Design, sind auch viele Industriepartner in dem Konsortium vertreten. Für sie ist es entscheidend, sich auf geänderte, individuellere Kundenanforderungen einzustellen und den Wandel in den Fabriken umzusetzen – mit Hilfe von lernfähigen und sensitiven Robotern.

Mit dem Ziel, die Industrie in Frankreich und Deutschland auf solche künftigen Entwicklungen vorzubereiten und zu stärken, wurde 2016 ein weiteres Langzeitprojekt der TUM ins Leben gerufen: die „Deutsch-Französische Akademie für die Industrie der Zukunft“ (engl. German-French Academy for the Industry of the Future, GFA). Darin arbeiten die TUM und das Institut Mines-Télécom (IMT) eng zusammen – in Forschung, Ausbildung und bei Innovationen. Das IMT ist die größte französische „grande école“ mit Standorten überall in Frankreich.

Seit der Gründung der GFA kooperieren deutsch-französische Tandems in über 27 unterschiedlichen Forschungsprojekten und kümmern sich gemeinsam um die Ausbildung von Studierenden und Doktoranden. Die Akademie vergibt zudem so genannte SEED-Fördermittel an risikoreiche, aber vielversprechende Projektideen und unterstützt sie bei den Vorbereitungen von Bewerbungen für größere Grants zum Beispiel von der EU. Ihre Schwerpunktfelder sind Cybersicherheit, KI, zukunftsorientierte Produktionstechnologien und vernetzte Systeme.

„Die GFA ist ein lebendiges Forum, das den Austausch zwischen den beiden führenden Nationen Europas entscheidend stärkt. Zahlreiche motivierte Menschen engagieren sich hier, um die deutsch-französische Forschungszusammenarbeit zu stärken“, sagt Prof. Marc-Oliver Pahl, Inhaber des Lehrstuhls „Cybersecurity for Critical Networked Infrastructures“ am IMT.

Der Wissenschaftler kennt beide Partner der Akademie sehr gut: er war von 2008 bis 2019 an der TUM und ist jetzt Professor am französischen IMT Atlantique. Er hat selbst erfolgreich Forschungsprojekte wie zum Beispiel „TRUE-VIEW“ durchgeführt. Darin hat sich ein deutsch-französisches Forschungsteam mit dem Nutzen des Metaversums für die Bereiche Cybersicherheit und Privatsphäre beschäftigt. Diese Forschungsaktivitäten führten zum gemeinsamen Horizon Europe “CyberSecDome”- Projekt, das ab 2023 mit 13 Partnern, darunter TUM und IMT, und über sechs Millionen Euro von der Europäischen Union gefördert wird.

Die Forschenden entwickelten im Rahmen von Machbarkeitsstudien verschiedene Prototypen für die so genannte Erweiterte Realität (Virtual/Augmented Reality). Dabei entwarfen die Wissenschaftler:innen Szenarien, in die man sich mittels 3D-Headset begeben kann: unter anderem die Visualisierung von WiFi-Signalen im Informatik-Gebäude der TUM, Informationsverarbeitung in der Fabrikautomatisierung oder Verarbeitung von Klimadaten.

Neben seinen Forschungstätigkeiten ist Marc-Oliver Pahl bei der Akademie im Lenkungsausschuss sowie für die „Future Education“ aktiv. Seit vielen Jahren lehrt er, beschäftigt sich mit digitalen Lernformaten und leistete Pionierarbeit beim E-Learning. Die GFA arbeitet daher an kostenlosen digitale Lernformaten wie MOOCs unter anderem zum Thema „Future of Work“. Die Mission der GFA ist es, lebenslanges Lernen über die Veränderungen der Arbeitswelt und der Digitalisierung in der Wirtschaft nicht nur für internationale Studierende und Doktoranden, sondern auch für Fachpersonal zu fördern.

Immer in deutsch-französischer Zusammenarbeit, organisiert die GFA PhD Schools, Workshops und Hackathons für Studierende, Doktoranden und Wissenschaftler:innen aus unterschiedlichsten Ländern mit Partnern aus der Industrie. Über 35 große und mittelständische Unternehmen aus Deutschland und Frankreich arbeiten mit der GFA zusammen. „Es ist unglaublich toll zu sehen, wie viele Partner in Industrie und Wissenschaft die GFA schon für sich gewinnen konnte“, sagt Marc-Oliver Pahl.

Der Artikel wurde bereits auf der Webseite "Research in Bavaria" des Bayerischen Staatsministeriums für Wissenschaft und Kunst veröffentlicht:

https://www.research-in-bavaria.de/industry-of-the-future