Risikobewusste KI lässt Unterwasserroboter zuverlässiger agieren
Die Unterwasserrobotik spielt eine entscheidende Rolle in Bereichen wie Offshore-Windkraft, Öl und Gas, Bergbau und Meereskunde. Der Einsatz von Robotern in diesen Umgebungen ist jedoch mit besonderen Risiken behaftet. Die Kommunikationsmöglichkeiten unter Wasser sind äußerst begrenzt, sodass die Roboter ohne menschliche Überwachung autonom und zuverlässig handeln müssen. Das Team des EU-finanzierten Projekts REMARO(öffnet in neuem Fenster) hat sich dieser Herausforderung gestellt und kombinierte künstliche Intelligenz (KI), Robotik und formale Verifikationsverfahren zu einem neuen Rahmenwerk für vertrauenswürdige Autonomie im Meer. Im Rahmen des Projekts wurden fünfzehn Nachwuchsforschende ausgebildet und Partnerschaften mit führenden Industrielabors eingegangen, um sicherzustellen, dass theoretischen Fortschritte in der Praxis erprobt werden können.
Autonomie als Grundlage der Zuverlässigkeit
Eine sehr wichtige Erkenntnis aus der Arbeit von REMARO lautet, dass Autonomie und Zuverlässigkeit nicht getrennt voneinander entwickelbar sind. Projektkoordinator Andrzej Wasowski erklärt dazu: „Unterwasserroboter können nicht ohne Autonomie arbeiten. Ihre Zuverlässigkeit beruht auf Autonomie. Bei der Zuverlässigkeit geht es jedoch nicht darum, robustere Aktoren zu bauen, sondern vor allem darum, dass der Roboter in der Lage ist, sich dann von unvorhersehbaren Entwicklungen selbstständig zu erholen, wenn kein Mensch ihn steuern oder überwachen kann.“ Diesem Schwerpunkt auf Autonomie wurde nicht nur durch akademische Zielvorgaben, sondern auch durch die Nachfrage der Industrie Bedeutung verliehen. Unternehmen, die mit teurer und sicherheitskritischer Ausrüstung arbeiten, betonten, dass die Unvorhersehbarkeit von KI-Algorithmen unter selten eintretenden Bedingungen inakzeptabel sei. Wasowski stellt fest: „Die gegenwärtig verfügbaren KI-Methoden können dies nicht leisten. Für die Unternehmen stellt diese Unsicherheit ein ernsthaftes Risiko dar.“
Von der Simulation zu realen Unterwasserdaten
Aufgaben im Zusammenhang mit Sicht und Lokalisierung erwiesen sich als besonders schwierig, wenn der Wechsel von Simulationen ins offene Wasser erfolgte. Die Bedingungen unterscheiden sich nicht nur von den Gegebenheiten an Land, sondern können auch von einem Ort zum anderen oder sogar am selben Ortes zur verschiedenen Zeiten drastisch variieren. Diese Variabilität verdeutlicht, dass das KI-Training ausschließlich auf der Grundlage großer Datensätze nicht nachhaltig ist. Um die Abhängigkeit von großen Mengen variabler Daten zu verringern, erkundete das REMARO-Forschungsteam Architekturen, die mit begrenzten Trainingsdaten umgehen können. Diese Verlagerung eröffnete neue Forschungsrichtungen für KI-Modelle, die unter wechselnden Unterwasserbedingungen anpassungsfähiger und robuster sind.
Integration von Kognition und Sicherheit
Einer der innovativsten Projektfortschritte erwuchs aus der Mitgestaltung der Sicherheit und der kognitiven Planung. Bei der traditionellen Planung wird in Bezug auf erwartete Ergebnisse wie Reisezeit oder Energieverbrauch optimiert. Wasowski weist jedoch darauf hin, dass „die Planung für das zu erwartende Kollisionsrisiko oder den Batterieverbrauch oft zu optimistisch ausfällt. Bei dieser Arbeit haben wir eine Methode entwickelt, mit der ein Roboter viele alternative Pläne erstellen und nicht denjenigen, der das beste zu erwartende Ergebnis aufweist, sondern denjenigen auswählen kann, der verspricht, das Ergebnis zuverlässig und mit geringem Risiko zu erreichen“. Dieser risikoaverse Planungsansatz stellt einen grundlegenden Wandel dar, da er gewährleistet, dass Roboter unter unsicheren Bedingungen mehr Wert auf Robustheit als auf Effizienz legen.
Disziplinübergreifende Durchbrüche
Der Erfolg von REMARO lag in seinem interdisziplinären Ausbildungsnetzwerk begründet. Forschende aus den Bereichen formale Verfahren, Robotik und künstliche Intelligenz arbeiteten an realen Einsätzen, etwa an der Programmierung von Steuerungen für Unterwasserfahrzeuge bei Ocean Scan in Porto, zusammen. Im Zuge des Projekts wurde außerdem ein seltener Durchbruch bei der Freigabe von Datensätzen wie dem SubPipe-Richtwert erzielt, ohne dass Betriebsgeheimnisse der Industrie aufs Spiel gesetzt wurden. Mithilfe der Kombination aus akademischer Innovation und industriellen Anforderungen hat das Team von REMARO den Stand der Technik im Bereich der zuverlässigen Autonomie vorangebracht. Zu seinem Erbe zählen nun nicht nur Verfahren und Instrumente, sondern auch eine neue Generation von Fachleuten, die bereit sind, diese Fortschritte in die blaue Wirtschaft Europas hineinzutragen. In einem für eine kürzlich abgehaltene Marie-Skłodowska-Curie-Konferenz erstellten Video kommen die promovierten Forschenden selbst zu Wort und berichten über ihre Erfahrungen bei ihrer wegbereitenden Arbeit auf dem Gebiet der Unterwasserrobotik und KI. Das Video finden Sie hier(öffnet in neuem Fenster).
