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.
BusinessWer in Bau, Planung oder Handwerk arbeitet, kennt das Bild: Zollstock, Lasermessgerät und eine handschriftliche Skizze gelten seit Jahrzehnten als Standardwerkzeuge bei der Bestandserfassung. Doch gerade bei komplexen Räumen, verwinkelten Gebäuden oder großen Außenanlagen stößt das klassische Aufmaß immer häufiger an Grenzen. Maße fehlen, Nachmessungen werden nötig, und Unsicherheiten tauchen oft erst auf, wenn die Planung schon fortgeschritten oder die Ausführung angelaufen ist. Immer mehr Betriebe setzen deshalb auf 3D-Scanner, um Bestandsdaten vollständig und digital zu erfassen und genau auf diesen Wandel hat sich Scanflow Solutions spezialisiert. Warum klassisches Aufmaß an seine Grenzen stößt Das manuelle Aufmaß ist in der Theorie einfach: Vor Ort messen, Werte notieren, im Büro übertragen. In der Praxis zeigen sich jedoch wiederkehrende Schwachstellen. Bei unregelmäßigen Grundrissen, schrägen Wänden oder technisch dicht belegten Räumen lassen sich relevante Maße leicht übersehen. Fehlt später ein Wert für die Planung, bedeutet das häufig einen zweiten Vor-Ort-Termin mit entsprechendem Zeit- und Kostenaufwand.
Guide'sIn Büros, Praxen, Verkaufsflächen und Eingangsbereichen prägt die Raumgestaltung maßgeblich, wie ein Standort genutzt wird und wie er auf Kunden, Patienten und Mitarbeitende wirkt. Glas kann dabei eine besondere Rolle spielen: Es trennt Bereiche, ohne Räume optisch zu verkleinern, lässt Tageslicht tief ins Gebäude und wirkt wertig, ohne aufdringlich zu sein. Die kurze Antwort auf die Frage, worauf Unternehmen bei Planung und Umsetzung achten sollten, lautet deshalb: Funktion schlägt Optik. Eine Glaslösung erfüllt ihre Aufgabe im Alltag nur dann zuverlässig, wenn Konstruktion, Ausführung und Einbausituation zur konkreten Nutzung passen und wenn Maße, Anschlüsse und Sicherheitsanforderungen früh mit einem Fachbetrieb geklärt werden. Dieser Beitrag ordnet die wesentlichen Überlegungen ein, bevor Unternehmen ein Glasbauteil neu planen, modernisieren oder reparieren lassen. Warum Glas im Gewerberaum mehr als Gestaltung ist Glas wird in gewerblichen Räumen häufig zuerst als gestalterisches Element wahrgenommen. Tatsächlich ist der Werkstoff vor allem eine funktionale Entscheidung. Eine Glastrennwand grenzt Arbeitsbereiche ab, ohne die Sichtachsen im Raum zu unterbrechen. Große Fensterflächen und verglaste Eingangsbereiche bringen Tageslicht in Zonen, die sonst künstlich beleuchtet werden müssten. Mattierte oder strukturierte Ausführungen schaffen Sichtschutz, wo Vertraulichkeit nötig ist, etwa in Besprechungs- oder Behandlungszimmern. Je nach Aufbau kann eine Verglasung auch die Geräuschübertragung dämpfen oder kaum, wenn die Konstruktion nicht dafür ausgelegt ist. Zudem lassen sich Glasflächen in der Regel unkompliziert reinigen, was in Praxen und stark frequentierten Empfangsbereichen ein praktischer Vorteil ist.
RatgeberWer eine Wohnung, ein Haus oder Geschäftsräume renovieren lässt, denkt meist zuerst an das sichtbare Ergebnis: glatte Wände, neue Oberflächen, eine durchdachte Raumaufteilung. Ob ein Vorhaben tatsächlich gelingt, entscheidet sich jedoch lange vor dem letzten Anstrich. Die Abstimmung der beteiligten Gewerke, ein nachvollziehbarer Ablauf und feste Ansprechpartner bestimmen maßgeblich, ob ein Projekt für Eigentümer planbar bleibt insbesondere dann, wenn Innenausbau, Trockenbau und Verputzarbeiten zusammenkommen. Dieses Porträt zeigt, wie ein regionaler Handwerksbetrieb diesen gebündelten Ansatz umsetzt, und benennt die Punkte, die Auftraggeber vor dem Projektstart klären sollten. Renovieren als Organisationsaufgabe Eine Renovierung ist selten eine einzelne Maßnahme. Wer etwa die Aufteilung einer Altbauwohnung verändern möchte, benötigt zunächst neue Wände im Trockenbau, anschließend Putz und Oberflächen, häufig ergänzt um weitere Arbeiten im Innenausbau. Jedes Gewerk baut auf dem vorherigen auf und jede Unklarheit an einer Schnittstelle wirkt sich auf das Gesamtergebnis aus.