CPSwarm

Entwicklungsumgebung für cyber-physikalische Schwarmsysteme

© Foto Rich Carey/shutterstock.com

Herr Neumann legt die Füße hoch, öffnet die Nachrichten-App auf seinem Tablet und stöbert in den aktuellen News vom 3. Februar 2030. Der Leitartikel befasst sich mit der sogenannten »Leseratten-Revolution« und dem vermuteten Zusammenhang zum autonomen Fahren. Neumann schmunzelt. Auch er hat erst seit ein paar Jahren wirklich wieder Zeit zum Lesen. Er legt das Tablet auf den Beifahrersitz und beugt sich nach hinten, um sein Frühstück vom Rücksitz zu nehmen. Bei einem kurzen Blick in den Rückspiegel sieht er, dass sich noch weitere Autos an den Konvoi angeschlossen haben. Auch wenn es mittlerweile gewöhnlich ist, dass die Schwarmintelligenz von autonomen Autos auf Autobahnen genutzt wird, erstaunt es Herrn Neumann immer wieder. Und er genießt nicht nur die entspannte Fahrt, sondern erfreut sich auch an den Vorteilen für die Umwelt und die Gesellschaft…

 

An ähnlichen Visionen arbeiten Forschungs- und Entwicklungsteams schon seit längerem. Eine Kette von Fahrzeugen, die miteinander kommunizieren und agieren, spart Energie, weil die Autos den jeweiligen Windschatten des anderen nutzen können. Außerdem kann ein sogenannter Schwarm auch koordiniert gleichzeitig auf Verkehrssituationen reagieren. Das hat zur Folge, dass die Fahrbahn besser genutzt wird und somit auch Staus vermieden werden.

Es stellt sich allerdings die Frage, wie lange die Entwicklung eines perfekt funktionierenden Systems dauert, das aus vielen einzelnen intelligenten Teilnehmern besteht. Cyber-physikalische Systeme bestehen aus vielen, meist hunderten bis tausenden einzelnen Teilnehmern, die in ihrer Gesamtheit als Schwarm gesehen werden können. Die Abstimmung und Optimierung des Verhaltens eines solchen Schwarms ist eine Herausforderung für Forschung, Entwicklung, aber auch Installation, Betrieb und Wartung der Systeme sowie deren einzelnen Bestandteile.

Das Projekt CPSwarm soll Entwickler bei der Zusammenstellung von cyber-physikalischen Systemen unterstützen. Dazu zählt neben der Komposition auch die Modellierung der einzelnen Mitglieder, deren Verhalten und Funktionalität. Algorithmen, die das Verhalten des Schwarms steuern, müssen ausgewählt, konfiguriert und für den jeweiligen Anwendungsfall optimiert werden. Und letztendlich werden Werkzeuge benötigt, die Funktionalität auf die einzelnen Schwarm-Mitglieder zu bringen, ihr Verhalten zu verfolgen und Updates einzuspielen.

CPSwarm stellt dafür die CPSwarm Workbench zur Verfügung, die all diese Aufgaben in einer integrierten Entwicklungsumgebung bündelt. CPSwarm konzentriert sich neben dem genannten Szenario auch auf die Gebiete Überwachung von Industrieanlagen,  Katastrophenschutz mit Hilfe von Drohnen und Rovern sowie roboterunterstützte Lagerlogistik. In allen Szenarien achtet CPSwarm auf die Einbindung des Menschen, der ein wichtiger Akteur im Rahmen eines autonom agierenden Systems ist und bleiben soll. Denn: Sicherheitsbelange spielen eine zentrale Rolle, um Mensch und Umwelt vor Schaden zu bewahren und so die Akzeptanz und das Vertrauen in cyber-physikalische Schwarmsysteme sicherzustellen.

Fraunhofer FIT ist technischer Manager des Projekts und verantwortlich für die Anforderungsanalyse und Workbench-Architektur. Überdies hinaus wirkt Fraunhofer FIT bei der Implementierung und Evaluation der CPSwarm-Workbench-Realisierungen sowie der Integration der einzelnen Komponenten mit. Die Erstellung von Werkzeugen, um Software für CPS-Schwarm-Systeme bereitzustellen und Updates während des Betriebs flächendeckend einzuspielen, gehört ebenfalls zu den Aufgaben des Fraunhofer FIT.

Das Horizon 2020 geförderte Projekt CPSwarm wird vom Instituto Superiore Mario Boella (ISMB), Turin, Italien, koordiniert und startete im Januar 2017 mit einer Laufzeit von drei Jahren.