Im Fraunhofer-Leitprojekt NeurOSmart forscht das Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS zusammen mit vier weiteren Instituten (ISIT, IMS, IWU, IAIS) unter Leitung des Fraunhofer ISIT gemeinsam an besonders energieeffizienten und intelligenten Sensoren für die nächste Generation autonomer Systeme. Dabei werden die Brücken zwischen Wahrnehmung und Informationsverarbeitung durch innovative Elektronik neu definiert.
Intelligente Maschinen werden zunehmender Bestandteil unseres Alltages. Naheliegende Beispiele sind das autonome Fahren oder etwa moderne Roboter-Staubsauger im Haushalt. Doch auch dort, wo wir nicht direkt mit ihnen in den Kontakt kommen, sind selbstständig arbeitende Roboter zunehmend unerlässlich: Als flinke und unermüdliche Helfer in Logistikzentren oder als präzise und starke Partner in Fertigungsumgebungen.
Um in diesen Anwendungen autonom, also möglichst eigenständig ohne Überwachung durch Menschen, arbeiten zu können, sind diese Roboter mit Sensoren und Elektronik gespickt, die es ihnen ermöglichen, ihre Umgebung wahrzunehmen und auch unvorhergesehene Situationen eigenständig zu bewältigen. Je komplizierter das Aufgabengebiet, desto intelligenter und agiler muss die Maschine sein. Dies führt dazu, dass immer mehr und verschiedene Sensoren, etwa für die Abstandmessung, für die Bewegungserfassung oder die Druckbestimmung bei Berührungen, kombiniert werden und die Elektronik und Computertechnik für die Erfassung und Verarbeitung der Daten immer leistungsstärker sein muss.
Allerdings geht dieser Trend zu mobilen Supercomputern mit einem erheblich steigenden Energieverbrauch einher. Besonders bei mobilen Systemen führt dies zu einer verkürzten Einsatzdauer oder Reichweite und stößt laut aktuellen Prognosen in den nächsten Jahrzehnten gar an die Grenzen der weltweiten Energieerzeugung.
Um dieser Eskalation entgegenzuwirken, setzten die in NeurOSmart beteiligten Fraunhofer-Forscherinnen und Forscher auf einen neuromorphen In-Memory-Beschleuniger, der auf den jeweiligen Sensor maßgeschneidert wird. Als Vorbild für die zu entwickelnde Elektronik dient das menschliche Gehirn, denn dieses ist trotz seiner enormen Rechenleistung sehr energiesparend beim Treffen von Entscheidungen.
»Diese Art der Datenverarbeitung, also des Denkens, wird durch eine neuartige analoge Computer-Speichertechnologie realisiert, die zudem in der Lage ist, Rechenoperationen durchzuführen, wenn Daten in dem System neu erfasst werden«, erläutert der ISIT-Wissenschaftler und Projektleiter Dr. Michael Mensing: »In der Praxis wird dies genutzt, um Objekte und ihr Verhalten exakt und in Echtzeit zu erkennen.« Bisher sind für diese Funktionsweise mehrere getrennt entwickelte Komponenten in Computern und eine besonders energieaufwändige Kommunikation zwischen ihnen nötig.
Unterstrichen werden die Vorteile des neuen Ansatzes durch die parallele Entwicklung besonders kleiner und effizienter Modelle für die Objekterkennung und -klassifizierung, die speziell auf den Sensor, die neuen Möglichkeiten der direkt integrierten Elektronik und ihre Anwendungen angepasst werden. Das Resultat ist eine schnelle Reaktionszeit, erhöhter Datenschutz und erhebliche Energieeinsparung gegenüber dem aktuellen Trend von praxisfernen oder cloudbasierten Lösungen, die bevorzugt auf immer größere, energieintensivere Modelle zurückgreifen.
In der Projektlaufzeit von vier Jahren mit einem Finanzvolumen von acht Millionen Euro soll dieser Ansatz erstmals mit einem komplexen bei Fraunhofer entwickelten LiDAR-System kombiniert und in anwendungsnaher Umgebung erprobt werden. Dieses Sensorsystem ist ein entscheidender Bestandteil autonom arbeitender Systeme, da er seine Umgebung mithilfe detaillierter Abstandsinformationen auch bei schlechtem Wetter und über einen weiten Entfernungsbereich erkennt. Als erste Probe der neuartigen Sensoren werden sie in den nächsten Jahren in Robotersysteme integriert, die ihren menschlichen Kolleginnen und Kollegen in Fertigungsumgebungen unterstützen, beispielsweise durch das Bewegen von schweren Lasten oder Anreichen von Komponenten.
Innerhalb des Projekts entwickelt das Fraunhofer IPMS den Schaltkreis des neuromorphen Beschleunigers. Den Kern des analogen Beschleunigers bilden dabei moderne HfO2-basierte Crossbars. Damit lassen sich die komplexen, oft iterativen digitalen Berechnungen von KI-Modellen (z.B. in CNNs), die sonst mit hohem Energieaufwand auf generalisierten Grafikkarten berechnet werden müssen, auf energieeffiziente Speicheroperationen im Schaltkreis abbilden. Für die interne Steuerung der Datenflüsse wird der RISC-V-Prozessorkern EMSA5 mit direkten Schnittstellen zur analogen Beschleunigerbaugruppe und übergeordneten Systemen sowie Fehlerschutzmechanismen implementiert. Die Erforschung einer softwareprogrammierbaren Systemarchitektur wird einen flexiblen Einsatz des Schaltkreises in einer Vielzahl von Anwendungsfällen ermöglichen.
Weiterhin trainiert das Fraunhofer IPMS gemeinsam mit dem Fraunhofer IAIS den Schaltkreis des neuromorphen Beschleunigers. Dafür wird in einem ersten Schritt das neuronale Netzmodell für die LiDAR-Datenauswertung erforscht. Ziel ist dabei die automatisierte Abbildung auf der verfügbaren Hardwaretopologie sowie deren Übertragung auf ein Schaltkreisdesign. Im System analysiert der Schaltkreis vorverarbeitete LiDAR-Daten. Dabei erfolgt die Kommunikation zwischen Vorverarbeitung (FPGA) und Beschleuniger-Schaltkreis über eine echtzeitfähige Highspeed-Ethernet-Schnittstelle.
Abschließend ist das Fraunhofer IPMS gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut für Siliziumtechnologie ISIT an der Validierung der neuen Speicherzellen-Ansätze für zukünftige Beschleunigerumsetzungen beteiligt.
VerbraucherEine professionelle Fassadenreinigung in Berlin und Brandenburg ist mehr als Kosmetik: Sie schützt die Bausubstanz, erhält den Immobilienwert und beugt teuren Sanierungen vor. Graue Schleier auf dem Putz, grünliche Algen an der Wetterseite, dunkle Flecken unter den Fensterbänken wer Immobilien in der Region besitzt oder verwaltet, kennt diese Bilder. Was viele Eigentümer als rein optisches Problem abtun, kann in Wahrheit eine betriebswirtschaftliche Frage sein. Im Interview erklärt Ingo Reischuck, Stuckateurmeister aus Großbeeren, worauf Sie als Eigentümer bei der professionellen Fassadenreinigung in Berlin und Brandenburg achten sollten. Herr Reischuck, warum ist die Fassade aus Ihrer Sicht so entscheidend für den Werterhalt eines Gebäudes? „Die Fassade ist die größte zusammenhängende Fläche eines Gebäudes und gleichzeitig die exponierteste“, sagt Ingo Reischuck. Regen, Frost, UV-Strahlung, Feinstaub und biologischer Bewuchs setzen ihr dauerhaft zu. In Ballungsräumen wie Berlin kommen Verkehrsemissionen hinzu, im Brandenburger Umland eher Pollenflug, Pflanzensporen und Feuchtigkeit aus angrenzenden Grünflächen. „Eine Fassade altert nicht nur, sie wird aktiv angegriffen. Wer hier nicht turnusmäßig reinigt, verschiebt das Problem in die Bausubstanz“, so der Stuckateurmeister.
BusinessWer im Schadensfall schnell handeln muss, braucht einen Dienstleister, der rund um die Uhr erreichbar ist und die gesamte Schadensbearbeitung aus einer Hand abdeckt genau dafür steht AKTIVDRY. Ein gebrochenes Steigrohr, eine undichte Geschirrspüler-Zuleitung oder Starkregen, der durch das Kellerfenster drückt: Leitungswasserschäden zählen in Deutschland zu den häufigsten Ursachen für Gebäudeschäden. Egal, ob du als Mieter, Vermieter oder Eigentümer betroffen bist im Ernstfall ist nicht nur die Versicherung entscheidend, sondern vor allem ein Partner, der schnell, strukturiert und nachweisbar arbeitet. Genau in dieser Nische hat sich AKTIVDRY aus dem Dreiländereck etabliert. AKTIVDRY: Ein lokaler Spezialist mit klarer Ausrichtung AKTIVDRY ist als Experte für Gebäudetrocknung in Lörrach auf die schnelle Bearbeitung von Wasserschäden in Wohn- und Gewerbeimmobilien spezialisiert. Das Unternehmen positioniert sich konsequent als Notdienstleister: Unter dem Slogan „Niemand plant eine Panne" bietet AKTIVDRY nach eigenen Angaben einen Bereitschaftsdienst rund um die Uhr, an 365 Tagen im Jahr. Erreichbar ist das Team unter +49 7763 92 76 136 sowie per E-Mail an kontakt@aktivdry.de. Der geografische Schwerpunkt liegt auf Lörrach und der angrenzenden Region Südbaden. Kurze Anfahrtswege und persönliche Ansprechpartner werden so zum echten Vorteil gegenüber überregionalen Sanierungsketten.
VerbraucherEin funktionaler Rollladen in Stuttgart kann Hitzeschutz, Wärmedämmung, Schallschutz und Einbruchhemmung in einem System vereinen. Gerade in der Kessellage ist er damit weit mehr als nur ein Sichtschutz. Im folgenden Interview erläutert ein Fachmann der hawo Sonnenschutztechnik GmbH, welcher Typ zu welchem Gebäude passt und worauf Sie bei Planung, Material und Montage achten sollten. Warum müssen Rollläden in Stuttgart mehr leisten als anderswo? Die Kessellage sorgt für Hitzestaus, dazu kommen dichte Bebauung und eine hohe Zahl an Bestandsgebäuden aus unterschiedlichen Bauepochen. Diese Mischung macht funktionale Beschattung in der Region anspruchsvoll. Ein Altbau in Heslach hat andere Anforderungen als ein Neubau in Vaihingen, und ein Reihenhaus in Bad Cannstatt verlangt andere Lösungen als ein freistehendes Einfamilienhaus auf den Fildern. Wenn Sie einen funktionalen Rolladen in Stuttgart planen, sollten Sie deshalb auf einen Fachbetrieb setzen, der sowohl die baulichen Gegebenheiten als auch die regionalen Klimabedingungen kennt.