„Wir entfesseln das Potenzial von Simulationen“

Modelle und Simulationen helfen praktische Tests zu reduzieren – und werden mit künstlicher Intelligenz verbessert

Virtuelle Modelle sind digitale Abbilder realer Systeme und sollen sich in einer Simulation möglichst genauso verhalten. Wissenschaftlich bedeutet „Modell“in diesem Kontext die mathematischphysikalische Beschreibung eines Systems, zum Beispiel eines Teils eines Autos, die Computer verstehen und sogar simulieren können. Oft sind solche sehr komplexen Modelle von einem menschlichen Modellbauer nicht einfach und zielführend weiter zu verbessern. Aber für die Entwicklung von modernen Systemen ist es wichtig, möglichst genaue Modelle zur Verfügung zu haben. Ohne sie wird die Freigabe autonomer Fahrzeuge erschwert oder der Fortschritt bei der Entwicklung von medizinischen Geräten durch langwierige Testreihen verzögert. Die virtuellen Modelle können dabei helfen, die Notwendigkeit praktischer Tests stark zu reduzieren. Im UPSIM-Projekt (Unleash Potentials in Simulation) entwickeln Forschende virtuelle Modelle von technischen Systemen, denen man vertrauen kann. Sie sind Teil einer Forschungsinitiative mit 31 Partnern aus sieben Ländern, darunter Forschungseinrichtungen und Industriepartner wie Audi oder Bosch.

Die Augsburger MechatronikForscher kombinieren ihre Modelle mit künstlicher Intelligenz. „Häufig ist eine händische Verbesserung von Modellen durch den Modellbauer nicht weiter praktikabel, deshalb gehen wir neue Wege und verringern den Unterschied zwischen Simulation und Realität mithilfe von künstlicher Intelligenz“, erklärt Prof. Dr. Lars Mikelsons, Lehrstuhlinhaber für Mechatronik. Das bedeutet beispielsweise: Die künstliche Intelligenz lernt den Fehler zwischen Simulation und Realität nach und nach durch Beobachten – bis sie diesen schließlich verstehen und ergänzen kann. Heißt: „Anstatt uns den Kopf darüber zu zerbrechen, wie man diese komplizierten Modelle noch besser machen kann, überlassen wir diese Arbeit einem künstlichen Denker: dem Computer“, so Tobias Thummerer, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl. „Trotzdem ist und bleibt ein Modell – egal wie gut – nur eine Annäherung an die Realität und wird diese nie exakt abbilden können.“So kann zum Beispiel das autonome Fahren nicht einzig und umfassend in der Realität getestet werden. „Wir müssen feststellen, dass in bestimmten Industriezweigen virtuell getestet werden muss, um neuartige Systeme in kurzer Zeit und größtem Umfang durchzutesten. Zudem können Realtests für Menschen, beispielsweise als Mitfahrende in autonomen Systemen, ebenso gefährlich werden wie für die Umgebung,“erklärt Mikelsons. Werden ausreichend viele Testfahrten in der Realität durchgeführt, vertraut man einem Fahrzeug und empfindet es als sicher getestet. Werden diese Tests virtuell am Computer simuliert, traut man dem Auto in der Realität oft viel weniger zu. „Durch verbesserte Methoden und Analysen wird das Vertrauen in den Einsatz von Modellen und Simulationen gestärkt.“Auch dazu dient die Forschung von UPSIM.

mr