Fraunhofer: NeurOSmart ermöglicht sichere Kollaboration von Mensch und Maschine

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Das Fraunhofer-Institut für Siliziumtechnologie (ISIT) hat zusammen mit weiteren Instituten gemeinsam die Plattform NeurOSmart entwickelt, die ein sicheres kollaboratives Arbeiten zwischen Menschen und Maschinen ermöglichen soll. Das System besteht aus Lidar-Laser-Sensoren, deren Signale von selbst entwickelten, energieeffizienten, KI-gestützten Chips ausgewertet werden. Der gemeinsame Arbeitsbereich kann damit überwacht und Maschinen können im Gefahrenfall verlangsamt oder gestoppt werden.

NeurOSmart ist eine gemeinsame Entwicklung des Fraunhofer-Instituts für Photonische Mikrosysteme (IPMS), für Mikroelektronische Schaltungen (IMS), für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik (IWU) und für Intelligente Analyse- und Informationssysteme (IAIS). Koordiniert hat das Projekt das ISIT.

Das System überwacht den Arbeitsbereich, den sich Mensch und Maschine bei der Zusammenarbeit teilen müssen. Um die Gefahr für den Menschen so gering wie möglich zu halten, wird der Bereich aus der Draufsicht von Lidar-Lasern überwacht. Der Laser sendet dazu kurze Impulse im Nahinfrarotbereich. Die Laserreflexionen werden für die dreidimensionale Entfernungsmessung genutzt.

Um den gesamten Arbeitsraum mit einer überschaubaren Anzahl von Lidar-Lasern abzudecken, benutzt das NeurOSmart-System bewegliche MEMS-Spiegel (Micro-Electro-Mechanical Systems), die in dem Projekt von den Fraunhofer-Wissenschaftlern in Leistung und Energieeffizienz gesteigert wurden. Für die Spiegel verwenden die Forscher piezoelektrisches Aluminiumscandiumnitrid (AIScN) mit einer Schichtdicke von einem Mikrometer.

Mittels der erfassten Daten wird ein hochauflösendes 3D-Bild der Arbeitsumgebung erzeugt. Dazu muss jedoch eine große Anzahl an Daten verarbeitet werden. Bevor das passieren kann, konzentriert sich das System mittels KI-gestützter Algorithmen darauf, solche Bereiche aufzufinden, in denen am ehesten etwas passieren kann. Die Sensoren können dann so ausgerichtet werden, dass die zu verarbeitende Datenfülle reduziert und weniger Rechenleistung zur Verarbeitung benötigt wird.

Datenauswertung mittels Neuromorphic Computing

Die Auswertung der Daten erfolgt dann mittels selbst entwickelter KI-Chips, deren Prozessoren aus mehreren kleinen Recheneinheiten bestehen, die in einer Matrix zusammengeschaltet sind und sich direkt im Sensorsystem befinden. Die Technik des Neuromorphic Computing orientiert sich dabei an der Funktionsweise des menschlichen Gehirns. Jeder Chip agiere dabei als „denkende Zelle“, heißt es vom ISIT. Der Vorgang der Datenauswertung könne damit sehr schnell erfolgen. Nur wenige Millisekunden würden vom Empfang der Signale über deren Auswertung durch die von Fraunhofer entwickelten KI-Modelle bis hin zur Ansteuerung einer Maschine wie einem Roboterarm vergehen. Für den Menschen können so potenziell gefährliche Roboter verlangsamt oder ganz gestoppt werden, bevor sie mit einem Menschen kollidieren.

Die Zusammenarbeit von Menschen und Roboter soll mit NeurOSmart in Industrieumgebungen allerdings nicht nur sicherer sein, sondern auch agiler und effizienter. Denn die schnelle und präzise Erkennung von Gefahren verlangsamt oder schaltet den Roboter nur dann ab, wenn es auch nötig ist.

NeurOSmart könne nach Ansicht der Wissenschaftler künftig auch in anderen Anwendungsszenarien eingesetzt werden. Die NurOSmart-Technik arbeite energieeffizient, sodass sie etwa in Drohnen und landwirtschaftlichen Sensorsystemen verwendet werden könnte.

(olb)