Kognitive Systeme
Wegbereiter für eine intelligente Zukunft

Kognitive Systeme spielen eine entscheidende Rolle in der digitalen Transformation – unter der Voraussetzung, dass sie sicher, verlässlich und kostengünstig sind.

20. August 2019

mask Autobahn bei Dämmerung

77,6 Milliarden Dollar werden im Jahr 2022 weltweit für kognitive und auf Künstlicher Intelligenz (KI) basierende Systeme ausgegeben. So lautet die Prognose des Marktforschungsunternehmens IDC. Gegenüber 2018 entspricht das einer Verdreifachung. Das durchschnittliche jährliche Plus im Zeitraum zwischen 2017 und 2022 beträgt 37,3 Prozent.

Ein beeindruckendes Wachstum, zweifellos. Aber doch nicht völlig überraschend, denn kognitive Systeme sind die Wegbereiter einer intelligenten Zukunft: Sie steuern autonome Fahrzeuge, sorgen dafür, dass in der Industrieproduktion von morgen der Roboter den Menschen nicht gefährlich nahekommt und kontrollieren die Prüfprozesse von sicherheitskritischen Flugzeugteilen vor dem Start.

Künstliche Intelligenz (KI), kognitive Systeme und lernende Maschinen spielen eine entscheidende Rolle in der künftigen Transformation von Wirtschaft und Gesellschaft.

Prof. Dr. Reimund Neugebauer

Präsident der Fraunhofer-Gesellschaft

Strukturwandel in Wirtschaft und Industrie durch Kognitive Systeme

Kognitive Systeme, das sind technische Systeme, also Maschinen, Geräte oder einfach Gegenstände, die kognitive Fähigkeiten haben. Das heißt: Sie können Dinge erkennen, bewerten sowie Entscheidungen treffen. Und: Sie können lernen. „Künstliche Intelligenz (KI), kognitive Systeme und lernende Maschinen spielen eine entscheidende Rolle in der künftigen Transformation von Wirtschaft und Gesellschaft“, sagt der Präsident der Fraunhofer-Gesellschaft, Professor Reimund Neugebauer. „Für die internationale Wirtschaft und die industriellen Wertschöpfungsketten bedeutet dies einen grundlegenden Strukturwandel – denn diese technischen Systeme sind lernfähig und zunehmend in der Lage, Erlerntes auf neue Situationen zu übertragen. Sie können Prozesse planen, Prognosen treffen und sogar mit Menschen interagieren.“

Damit sie dazu in der Lage sind, brauchen sie Daten aus verschiedenen Quellen: „Als Input für kognitive Systeme dienen häufig größere Mengen unstrukturierter Daten wie Sensordaten“, erläutert Philipp Schleiß, Abteilungsleiter Safety, Reliability, Adaptability (SRA) am Fraunhofer-Institut für Kognitive Systeme IKS. „Zugleich hat das System die Rahmenbedingungen im Blick, etwa Umwelteinflüsse. Es agiert mit der Umwelt und kann dadurch Schlussfolgerungen ziehen und Handlungen optimieren.“

Aber kognitive Systeme agieren selten allein. Üblicher ist es, dass
mehrere von ihnen in einem Gesamtsystem gemeinsam funktionieren und zusammenarbeiten müssen. Genau hier liegt der Fokus des Fraunhofer IKS: Es erforscht, wie die vielen einzelnen Systeme im Gesamtsystem interagieren können. Dabei konzentrieren sich unsere Forscherinnen und Forscher auf sicherheitskritische Bereiche wie das autonome Fahren.

Kognitive Systeme agieren mit der Umwelt.

Phlipp Schleiß

Abteilungsleiter SRA

Sicher, verlässlich und bezahlbar

Dafür müssen kognitive Systeme drei wesentliche Anforderungen erfüllen: Sie müssen erstens sicher sein im Sinne von Safety, also von Betriebssicherheit. Das heißt: Sie dürfen keinen Schaden anrichten oder zulassen. Zweitens: Sie müssen verlässlich (reliable) sein, also praktisch immer so arbeiten und Ergebnisse liefern wie vorgesehen. Für die praktische Verwendung in der Industrie kommt noch ein Drittes hinzu: Die Kosten für Entwicklung und Einsatz müssen sich im Rahmen halten.

Die wichtigste Eigenschaft kognitiver Systeme, insbesondere in sicherheitskritischen Bereichen ist, dass sie auf unerwartete Ereignisse, Veränderungen und unbekannte Bedingungen souverän reagieren. „Wenn zum Beispiel das autonome Auto ein Objekt auf der Straße erfasst, das es nicht identifizieren kann, muss es verlässlich und sicher reagieren, das heißt bremsen oder das Hindernis umfahren“, erläutert Schleiß.

Das Fraunhofer-Institut für Kognitive Systeme IKS arbeitet an drei wichtigen Aspekten, um kognitive Systeme einsatzfähig zu machen:

1. Kognitive Vernetzung – Kognitive Systeme werden oft im Verbund eingesetzt, das heißt: Kommunikation und Vernetzung zwischen den Einzelsystemen müssen funktionieren. Deshalb forscht das Fraunhofer IKS daran, wie die Vernetzung zwischen kognitiven Systemen verlässlicher gestaltet werden kann.

2. Kognitive Architektur – Kognitive Systeme sind häufig Bestandteil eines Gesamtsystems. Und das ist in der Regel nicht statisch, im Gegenteil: Neue Diensten und Technologien kommen dazu, andere fallen weg. Damit das Gesamtsystem weiter rund läuft, sind flexible und anpassbare Strukturen nötig. Auch das steht im Fokus der Forschungsarbeit am IKS.

3. Kognitives Verhalten – Im Innern kognitiver Systeme steckt in vielen Fällen künstliche Intelligenz (KI). Diese muss sicher arbeiten, im Sinne von Betriebssicherheit. Daran arbeitet das Fraunhofer IKS und geht dabei der Frage nach, wie KI so entwickelt werden kann, dass sie in jedem Fall sicher ist.


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