Autonome Systeme stellen Unternehmen und Gesellschaft vor neue Herausforderungen

Akzeptanz entscheidet über Erfolg

Optik und Elektronik wachsen zusammen. Diese Symbiose ist auch Voraussetzung fürs autonome Fahren. Bild: Ehrensberger
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Autonome Fahrzeuge und Drohnen sind durch digitale Vernetzung, fortgeschrittene bildgebende Verfahren und eine ausgefeilte Reinraumtechnik längst nicht mehr nur eine Vision. Welches sind aber die stärksten Triebkräfte dieser Entwicklung, wo sind die Flaschenhälse und wo die lohnenswertesten Investitionsmöglichkeiten?

Wer es nicht kennt, wird bei einer Betriebsbesichtigung auch heute noch davon überrascht: Er sieht einen Wagen seinen Weg kreuzen und überlegt, wie er noch ausweichen kann. Da stoppt das Gefährt eine Handbreit vor ihm und fordert ihn auf, die gewünschten Ersatzteile zu entnehmen. Diese autonomen Systeme sind fast schon ein alter Hut, funktionieren sie doch im Betrieb seit zwanzig Jahren und mehr.

«Die Mitarbeitenden und diese autonomen Systeme kommen sich in der Regel nicht in die Quere. Ausser bei den definierten Schnittstellen, wie beispielsweise bei den Rüstplätzen», erläutert Robert Rudolph, Mitglied der Geschäftsleitung und Leiter Bildung und Innovation von Swissmem: «Bei Anwendungen im öffentlichen Raum müssen ganz andere Anforderungen erfüllt werden. Es muss mit deutlich mehr Unvorhersehbarkeiten umgegangen werden. Die Systeme müssen auch eine ganz andere Zuverlässigkeit bieten. Neben den formalen Rahmenbedingungen ist insbesondere die Frage der gesellschaftlichen Akzeptanz solcher Systeme noch nicht beantwortet.»

Voraussetzungen für autonome Systeme

Ein prominentes Beispiel stellt das autonome Automobil dar. Damit seine Sensoren die Leistung des menschlichen Auges nachahmen und übertreffen können, bedarf es Optiken von nie gekannter Empfindlichkeit und Detailschärfe. Denn im Verkehr gilt es komplexe Entwicklungen zu erkennen, wie zum Beispiel diese: Vor einem Baum steht ein Mann mit einem Hund und einem Kind, das unerwartet auf die Strasse läuft. Mehrfach sich verdeckende und teilweise bewegliche Objekte zu erfassen, fällt einem Kamerasystem jedoch schwer; da zählt jede Detailinformation.

Weil bereits kleinste Verunreinigungen stören, müssen sie bei der Fertigung von Linsen wie auch in den nachgelagerten Schritten peinlichst vermieden werden. Dies betrifft zum Beispiel das Verkleben mehrerer Linsen oder von Linse und Sensor. Gleichzeitig müssen die Ingenieure Optik und Software ganzheitlich konzipieren. Ziel ist es, die Abbildungsfehler (z.B. Aberrationen, Verzeichnungen, Bildwölbungen, Farbfehler) nachträglich auszugleichen. Darüber muss jedoch das Gesamtsystem räumlich begrenzt werden, denn das Automobil bietet Elektronik und Optik nicht unendlich viel Platz.

Bei der Chip-Produktion führen diese Vorgaben schnell in den Bereich der aktuellen 7-Nanometer-Technologie. Dabei handelt es sich um eine Form der Lithographie mit der Besonderheit, dass Wellenlängen im Spektralbereich des extremen Ultravioletts eingesetzt und die Strukturen unter Vakuum erzeugt werden. Produziert wird hierbei beispielsweise in Reinraumklasse-1-Mini-Environments von 2 x 2 x 2 Metern.

Die Betrachtung zeigt, wie schnell von alltäglichen Aufgabenstellungen für autonome Systeme im öffentlichen Raum an die Grenzen aktueller Spitzentechnologien gelangt wird. Ein weiteres Beispiel für technische Herausforderungen stellt die Informations- und Kommunikationstechnik dar. Schliesslich sollen in der Endausbaustufe die Fahrzeuge miteinander vernetzt sein und sich austauschen können, etwa zur Vermeidung von Staus. Dies erfordert das Handling von grossen Datenmengen. Jedes Automobil wird zum leistungsfähigen Rechenzentrum.

Data Analytics mit viel Potenzial 

Daher folgert zum Beispiel Jörg Tennigkeit, Geschäftsführer des IT-Spezialisten Innovit AG aus Seeheim-Jugenheim, dass das autonome Fahren für sein Unternehmen ein Konjunkturprogramm darstelle1. Dabei fokussiert er sich nicht auf die Supercomputer, deren Leistungskraft mit 1 bis 20 Pentaflops beziffert wird. Stattdessen produziert sein Unternehmen massgeschneiderte Rechenzentren mit bis zu 100 Racks. Ihr für die Zukunft nicht unwichtiger Vorteil liegt in einer hohen Stromersparnis, denn genau die richtige Leistung bedeutet auch: punktgenau eingestellte Kühlung und entsprechend feinjustierte Energiezufuhr. So werden der Platzbedarf und ein gewichtiger Kostenblock gleichzeitig minimiert.

Soviel zur Hardware – softwaretechnisch gesehen stellt nach Einschätzung von Andreas Kuhn, CTO der Altran AG mit Standorten in Zürich, Basel, Lausanne und Genf, die Analyse grosser Datenmengen einen Flaschenhals dar. Er verweist in diesem Zusammenhang auf das dafür geschaffene World Class Center des Unternehmens. Auf dem Markt gebe es zu wenige Spezialisten, die Algorithmen für Data Analytics schreiben könnten. Dabei geht unter anderem um die Erkennung von Mustern in grossen Datenfluten, die sich aus unterschiedlichsten Quellen speisen. Generell sieht Kuhn für die Schweiz Chancen, denn mit ihrer hohen Zahl an gut ausgebildeten Kräften sei das Land für die Digitalisierung gut aufgestellt. Und gerade Data Analytics könnte sich wegen des knappen Angebots auch für Investoren als lohnenswert erweisen.

Ein Beispiel für weithin ungelöste Aufgabenstellungen liegt in der Integration von Software in die Supply-Chain. Dazu Andreas Kuhn: Während die grossen Hersteller immer noch nicht in der Lage seien, die Software ihrer Autos over the air upzudaten, verfüge Tesla in diesem Bereich bereits über eine sehr gute Architektur.

Kontrolle unabdingbar

Trotz der für autonome Systeme geforderten ingenieurstechnischen Höchstleistungen urteilt Robert Rudolph: «Aus meiner Sicht sind die Basistechnologien im Wesentlichen vorhanden. Sie zu kombinieren und dabei grosse Datenmengen effektiv zu nutzen, das kann den Weg ebnen – viel wichtiger als ganz neue, vermeintlich revolutionäre Technologien zu erwarten. Allerdings dürfte generell der Aufwand in Forschung und Entwicklung sowie in der Erprobung autonomer Systeme im öffentlichen Raum alles übertreffen, was wir aus dem betrieblichen Umfeld kennen.»

Noch schwerer als die Herausforderungen neuer Technologien könnten die Einflüsse kaum sicher abschätzbarer Trends, der Akzeptanz in der Bevölkerung und der gesetzlichen Rahmenbedingungen wiegen. Ein Beispiel sind Drohnen, die Pakete ausliefern. Gleichzeitig werden die ersten Taxidrohnen für Menschen vorgestellt. Braucht es bald einmal eine Luftraumkontrolle für Drohnen? Wer organisiert, finanziert und betreibt diese Kontrolle auf der Basis welcher Technologien?

In Deutschland hat die Flugsicherung bereits 64 gefährliche Annäherungen von Drohnen registriert. Die Schweizerische Sicherheitsuntersuchungsstelle hat im vergangenen Jahr in zwei Fällen eine Untersuchung eingeleitet2. Insgesamt erhielt das dortige Bundesamt für Zivilluftfahrt sogar 46 Meldungen, darunter allerdings keine gefährliche Annäherung bis auf wenige Meter (Beinahe-Kollision).

Besonders unangenehm für Piloten: Drohnen fliegen unter dem Radar, da sie anders als Flugzeuge keinen Funk-Transponder an Bord haben. Eine Idee besteht darin, Drohnen grundsätzlich mit ortungsfähigen SIM-Karten auszurüsten. Andere Erfassungsmethoden schliessen Videokameras, Mikrofone, Infrarotscanner und Frequenzscanner ein – bleibt die Frage: Wie wird eine gefährliche Drohne unschädlich gemacht?

Blick in die nahe Zukunft

«Wo es sich von den Anforderungen der Prozesse her rechnet, werden zunehmend autonome Transportsysteme zum Einsatz kommen», zieht Robert Rudolph Zwischenbilanz: «Im öffentlichen Raum werden ausser in klar begrenztem Rahmen oder als Pilotversuche auch in fünf Jahren noch keine wirtschaftlich rentablen, permanent autonomen Mobilitätslösungen im Einsatz sein. Sicherlich werden wir neue, spannende Konzepte sehen, die vielleicht mit viel Risikokapital vorangetrieben werden. Bis wir diese jedoch nutzen können, werden noch Jahre vergehen.»

Den Spielraum der Akteure begrenzt wesentlich die Unsicherheit über die langfristigen Rahmenbedingungen. Denn in dem Bereich, um den es hier geht, lassen sich gesamtgesellschaftliche Trends, die damit verbundene Technologieakzeptanz in der Bevölkerung und die Massnahmen des Gesetzgebers mit Blick auf eine betriebswirtschaftliche Kalkulation fast so schwer voraussagen wie Wetter und Börsenkurse.

1Winter, T: Manufaktur der besonderen Art. FAZ, 16.06.2017

2Baumgartner, F: Der Drohnen-Boom wird zum Risiko für Flugzeuge. NZZ, 28.12.2016