2020

Um die Digitalisierung der Energieinfrastruktur voranzutreiben, besteht ein Bedarf an realen, nachvollziehbaren Messdaten aus der Energiewelt. Wo es für große Erzeugungseinheiten bereits – Verpflichtungen zur Transparenz sei Dank – eine gute Datenlage gibt, herrscht bei realen Messdaten von Energieverbraucherinnen und -verbrauchern noch weitgehende Leere. Diese Daten stellen jedoch eine wichtige Basis für Innovationen in der Energiewende dar, egal ob für die Erstellung von Smart Grids, Effizienzmaßnahmen oder Geschäftsmodelle basierend auf Künstlicher Intelligenz. Das Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM trägt zum Aufbau der Plattform »Open Energy Meter Data« bei, mit der eine webbasierte Anlaufstelle geschaffen werden soll, um Energieverbrauchsdaten zu sammeln und zu analysieren.

Ein erster Impfstoff gegen das SARS-Cov-2-Virus soll bald erhältlich sein. Doch noch sind viele Fragen offen: Wie viele Impfdosen sind verfügbar? Wer soll zuerst geimpft werden? Wo sollen die Menschen geimpft werden? Wie viele Ärztinnen und Ärzte werden zur Impfung benötigt? Die letzten beiden Fragen haben Forscherinnen des Fraunhofer-Instituts für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM nun gemeinsam mit dem Robert-Koch-Institut (RKI) und der TU Kaiserslautern (TUK) untersucht.

Am 26.11.2010 fand im Rahmen der deutschen EU-Ratspräsidentschaft der europaweite digitale Kongress »Trust in AI. Responsible AI for Science and Society« mit über 650 Teilnehmenden statt. Die digitale Konferenz wurde aus dem Fraunhofer-Zentrum in Kaiserslautern übertragen. Das Fraunhofer ITWM trug mit Prof. Dr. Anita Schöbel, KI-Lotsin RLP und Leiterin des Instituts, zur Diskussion bei und organisierte einen der Workshops. Mit der TU Kaiserslautern, der SmartfactoryKL und dem DFKI stehen das Fraunhofer IESE und das Fraunhofer ITWM für exzellente anwendungsorientierte KI. Im Rahmen von fünf Workshop stellen die Institute Beispiele aus der Praxis vor. Mit ihnen hat auch die Zukunftsinitiative Rheinland-Pfalz (ZIRP) e.V. zur Konferenz eingeladen.

Mit der vom Ministerium für Wissenschaft, Weiterbildung und Kultur im September vorgestellten KI-Agenda wird Rheinland-Pfalz die Investitionen in die Förderung, Forschung und Vernetzung der Schlüsseltechnologie KI in den nächsten Jahren auf 36 Mio. Euro verdoppeln. Ein Baustein der Agenda ist die Benennung von Ansprechpartnerinnen und Ansprechpartnern, die die Anwendung der KI-Technologien in Wissenschaft und Wirtschaft unterstützen sollen. Heute hat Wissenschaftsminister Prof. Dr. Konrad Wolf die Leiterin unseres Instituts für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM Prof. Dr. Anita Schöbel im Rahmen einer Online-Konferenz zur ersten KI-Lotsin in Rheinland-Pfalz benannt.

Die Entwicklung neuer Produktgenerationen bei Nutzfahrzeugen oder Baumaschinen ist aufwendig. Mit »Hardware-in-the-Loop« bieten Forschende des Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM eine Möglichkeit, Maschinen in einer Software-Simulation nachzubilden und virtuell zu testen. Die Herstellung neuer Maschinen wird dadurch schneller und preisgünstiger. Mit der Technik lassen sich auch Störfälle und kritische Grenzsituationen ohne Gefahr für Mensch oder Maschine testen.

Komplexe Optimierungsprobleme mit vielen, auch diskreten Variablen sind für klassische Computer in der Regel schwierig zu lösen. Erst kürzlich haben bestimmte Arten von Quantencomputern bei der Lösung von Optimierungsproblemen vielversprechende Ergebnisse erzielt. Dabei zeigten sie das Potenzial, auch diskrete Variablen handhaben zu können. Im Verbundprojekt »EnerQuant: Energiewirtschaftliche Fundamentalmodellierung mit Quantenalgorithmen« sollen die Vorteile von Quantencomputing nun für ein Optimierungsproblem aus der Energiewirtschaft genutzt werden.

Armin Bosten ist seit November 2019 als Doktorand bei uns am Fraunhofer ITWM im Bereich »Mathematik für die Fahrzeugentwicklung« beschäftigt. Im Institut arbeitet der gebürtige Belgier im Team von Dr. Joachim Linn; er leitet die Abteilung »Mathematik für die Digitale Fabrik«. Bosten promoviert mit einem Stipendium des ITWM. Gleichzeitig wird er von Prof. Olivier Brüls der Universität Lüttich (französisch: Université de Liège) betreut. In der Praxis heißt das für ihn, er ist immer wieder abwechselnd ein paar Wochen in Kaiserslautern und Belgien vor Ort. Sein Promotionsthema umfasst die Detailmodellierung von Kabelbündeln und ergänzt damit auch andere Arbeiten in den Projekten der Abteilung wie THREAD und UrWerk. Im Oktober hatte er wieder Station in Kaiserslautern. Wir haben die Gelegenheit genutzt, den 24-Jährigen zu interviewen – bevor es wieder nach Belgien geht. Im Gespräch erzählt er mehr über seine Arbeit und seinen Berufsalltag als ITWM-Doktorand:

Für viele Arbeitnehmerinnen und Arbeitnehmer ist es eine einladende Zukunftsvision: Mit dem eigenen Auto zur Arbeit fahren und die Fahrtzeit trotzdem sinnvoll nutzen – Nachrichten lesen, E-Mails checken oder entspannen und den ersten Kaffee des Tages genießen. In Zukunft werden Insassen von autonomen Fahrzeugen neuen Tätigkeiten nachgehen können. Dazu werden jedoch neue (Software-)Werkzeuge benötigt, um die Erwartungen der Kundinnen und Kunden zu verstehen, das Vertrauen zu stärken und die Sicherheit nachzuweisen. Mit dem Projekt EMMA4Drive fördern die Deutsche Forschungsgesellschaft (DFG) und die Fraunhofer-Gesellschaft die Entwicklung eines dynamischen Menschmodells für die Entwicklung (teil)autonom fahrender Fahrzeuge.

Abrechnungsbetrug von Vertragsärzten oder ambulanten Pflegediensten stehen im Gesundheitswesen seit Jahren im Fokus der Untersuchungen und medialen Diskussion. Das Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM unterstützt mit neuen Methoden bei der effizienten Aufklärung.

Auf der diesjährigen Mitgliederversammlung der Gesellschaft für Operations Research (GOR) erhielt Erik Diessel vom Fraunhofer ITWM für seine Masterarbeit im Bereich Optimierung den GOR-Preis. Die Preisverleihung fand digital statt. Zudem wurde neben anderen Preisen der GOR Young Researchers Award für herausragende Nachwuchswissenschaftlerinnen und Nachwuchswissenschaftler auf dem Gebiet des Operations Research vergeben. Die Preisträger:innen erhalten jeweils ein Preisgeld sowie weitere Vergünstigungen der GOR. Diese Auszeichnung wird in Kooperation mit dem Fraunhofer ITWM vergeben.

Wie werden sich die Zahlen der Covid-19-Infektionen entwickeln und wie wirken sich jeweils Maßnahmen darauf aus? Mathematische Modellierung und Simulationen des Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM und des Deutschen Forschungszentrums für Künstliche Intelligenz (DFKI) können dies kurzfristig einschätzen. Die beiden wissenschaftlichen Institutionen unterstützen die Stadt Kaiserslautern mit ihren Prognosen beim Pandemie-Management. Ein gemeinsames Modell schafft die wissenschaftliche Basis für politische Entscheidungen.

Der nächste Meilenstein für anwendungsnahes Quantencomputing in Deutschland ist gelegt: Am Fraunhofer ITWM wurde das Kompetenzzentrum »Quanten-High Performance Computing« eröffnet; es ist das zweite Quanten-Kompetenzzentrum der Fraunhofer-Gesellschaft. Ziel des Großforschungsprojektes ist es, Quantencomputing für industrielle Anwendungen nutzbar zu machen. Auch das Land Rheinland-Pfalz ist überzeugt von den vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten den neuen Technologie.

Der rheinland-pfälzische Wissenschaftsminister Konrad Wolf besuchte auf seiner politischen Sommerreise u. a. das Fraunhofer ITWM. Im gut belüfteten und locker bestuhlten Atrium stellten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Highlight-Projekte der Anti-Corona-Forschung des Instituts vor.

Internationale Netzwerke bereichern den wissenschaftlichen Austausch. Im Rahmen des Promotionsprogramms der Europäischen Union THREAD wird dieser am Fraunhofer ITWM derzeit gleich doppelt gelebt: So heißt das Institut im Juli die THREAD-Doktorandin Denise Tumiotto willkommen, die vier Wochen im Bereich »Mathematik für die Fahrzeugentwicklung« als Gastwissenschaftlerin tätig sein wird. Zudem fand Anfang des Monats das erste network-wide Training statt, das die 14 Doktorandinnen und Doktoranden des Programms aus acht europäischen Ländern gemeinsam absolvierten.

Dr. Stefanie Schwaar vom Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM konnte sich bei der Ausschreibung zur BMBF-Förderung unter KI-Nachwuchsforscherinnen durchsetzen. Am mathematischen Institut wird sie ab August 2020 eine eigene Forschungsgruppe einrichten und leiten. Unter dem Titel »EP-KI: Entscheidungsunterstützung für betriebswirtschaftliche Prozesse mit Hilfe neuer KI-Methoden« arbeitet diese an der Schnittstelle von Betriebswirtschaft und Künstlicher Intelligenz (KI). Die vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderte Gruppe wird unterstützt durch ein exzellentes Netzwerk aus Verwaltung, Wirtschaft und Forschung.

Die Corona-Pandemie hat die Wirtschaft hart getroffen. Was lässt sich daraus lernen? Wie können sich Unternehmen künftig vor solchen Krisen möglichst gut schützen? Sicher braucht es dazu verschiedene Ansätze. Ein vielversprechendes Puzzlestück liefern neue mathematische Methoden vom Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM: Mit ihnen lässt sich berechnen, wie mit wenig Mehrkosten das Risiko für Lieferengpässe deutlich gesenkt werden kann.

IBM bringt den ersten universellen Quantencomputer nach Europa: Unter dem Namen IBM Q System One wird er Anfang 2021 im IBM Entwicklungszentrum in Ehningen bei Stuttgart an den Start gehen. Verwaltet wird er von Fraunhofer. Auch das Fraunhofer ITWM ist an der Initiative beteiligt. Bis es soweit ist, gehört das Institut zu den Testnutzern der IBM Quantencomputer in den USA.

Mit Terahertz-Wellen lassen sich Schichtdicken berührungslos und zerstörungsfrei vermessen. Das Deutsche Institut für Normung (DIN) hat nun eine Richtlinie veröffentlicht (DIN 50996), die das Verfahren für die zerstörungsfreie Schichtdickenmessung von nicht-metallischen Beschichtungen mittels Zeitbereichsspektroskopie im Terahertz-Frequenzbereich festlegt. Mitarbeitende der Abteilung Materialcharakterisierung und -prüfung des Fraunhofer ITWM haben zur Ausarbeitung der DIN-Norm entscheidend beigetragen.

Zum Projektstart der KEEN-Plattform »Künstliche Intelligenz Inkubator Labore in der Prozessindustrie« trafen sich Ende April 2020 über 80 Teilnehmerinnen und Teilnehmer zum Kick-Off-Meeting in einer Webkonferenz. Forschende vom Fraunhofer ITWM unterstützen im BMWi-Projekt mit Expertise zur Entwicklung von KI-Methoden und deren Anwendung in der Industrie.

Wie lange sollte eine Schutzmaske maximal getragen werden? Wann muss man durchfeuchtete Masken wechseln – Forschende vom Fraunhofer ITWM gehen diesen Fragen mit mathematischen Simulationen nach. Dabei werden nicht nur die verschiedenen Maskenarten und Materialien berücksichtigt, sondern auch die Tätigkeiten und Merkmale der Tragenden.