INDUSTRIAL TECHNOLOGY
Profactor forscht für Tinker und Teaming.AI © Profactor
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Paul Christian Jezek 14.01.2021

Profactor forscht für Tinker und Teaming.AI

Erfolgreiches Mitglied des Innovation Networks der UAR.

STEYR. Im Rahmen des neuen EU-Projekts „Tinker“ wird daran geforscht, die Produktion von Sensoren für Autonomes Fahren für die breite Anwendung tauglich zu machen. Das Forschungsunternehmen Profactor leitet dieses internationale Projekt mit einem Gesamtvolumen von 10,2 Mio. € und koordiniert dabei 15 Partner aus Industrie und Forschung aus acht Ländern.

Die Sensoren sollen sich durch Miniaturgröße, geringen Energieverbrauch und kostengünstige Produktion auszeichnen. Dies soll mittels additiver Fertigungsmethoden gelingen. Gleichzeitig sollen im Produktionsprozess Fehler durch eine Kontrolle in Echtzeit de facto ausgeschlossen werden. Unter den Industriepartnern finden sich Global Player wie Bosch und Infineon sowie Hidden Champions aus Österreich wie Tiger Coatings (Wels), die EV Group (St. Florian am Inn, OÖ) und Besi Austria (Radfeld, T).

Der technische Hintergrund
Autonome Fahrzeuge müssen das Geschehen in der Umgebung umfassend und schnell erkennen. Für diese nötige Rundumsicht ist ein autonom fahrendes Auto mit durchschnittlich rund 45 (vor allem Radar- oder Lidar-)Sensoren ausgestattet. Diese Sensoren müssen Verkehr, Umgebung, Fahrbahn, Hindernisse und Gefahren im Nahbereich und in der Ferne erkennen und verstehen. „Bei dieser Anzahl spielen Größe, Gewicht, Kosten und Energieverbrauch der Sensoren eine entscheidende Rolle“, erklärt Leo Schranzhofer, der seitens Profactor das Projekt koordiniert. „Für eine breite Anwendung sind diese Sensoren aktuell einfach noch zu schwer, zu groß, zu teuer und verbrauchen zu viel Energie.“ Vor allem bei den für dreidimensionale Wahrnehmung nötigen Lidar-Sensoren gibt es großen Optimierungsbedarf.

Das UAR Innovation Network forscht an Themen von internationaler Relevanz. Ein wichtiges Instrument für die länderübergreifende Zusammenarbeit ist das EU-Förderprogramm Horizon 2020. Dabei zählt Profactor zu den Top-Playern in Oberösterreich. Das Mitglied des UAR Innovation Networks konnte bereits zwölf H2020-Projekte einwerben und damit 6,85 Mio. € Fördermittel einholen. In diesem Projekt bringt das Zentrum seine Kompetenzen umfassend in der additiven Mikro-/Nano-Fertigung sowie in der Inline-Qualitätskontrolle ein. In der Pilotlinie sollen bei der Herstellung von Sensorpackages die neuesten digitalen Technologien kombiniert werden. Dabei fließen Kernkompetenzen von Profactor in drei Bereiche ein:

1) Inkjet-Druck: Leiterbahnen und Verbindungen werden gedruckt
U.a. sollen bislang analoge Prozesse durch funktionellen Inkjet-Druck ersetzt werden. Mit dieser Technologie können Verbindungen zwischen Mikroelektronik-Bauteilen raumsparend hergestellt werden. Profactor hat bereits jahrelange Erfahrung mit dem inkjet-basierten Druck von elektrisch leitfähigen Verbindungen in der Mikroelektronik.

2) Nanoimprint-Lithografie: 3D-Technologie miniaturisiert Komponenten
Eine wesentliche Rolle spielt die Technologie der Nanoimprint-Lithografie (NIL). Dabei geht es um die Strukturierung und Funktionalisierung von Bauteilen im Nanomaßstab. Mit dieser additiven Technologie wird eine weitere Miniaturisierung der Verbindungen zwischen Mikroelektronik und Optik-Bauteilen angestrebt.

NIL ist eine Alternative zu herkömmlichen, analogen und subtraktiven Herstellungsverfahren in der Halbleiterfertigung. Gemeinsam mit funktionellem Inkjet-Druck trägt NIL somit wesentlich dazu bei, das Gewicht und den Platzbedarf der Sensoren sowie den Energiebedarf zu minimieren.


3) Inline-Kontrolle: Maschinen korrigieren sich selbst
Mittels Artificial Intelligence soll eine Inline-Inspektion in der Pilotlinie verhindern, dass Fehler überhaupt entstehen. Im Falle eines Qualitätsmangels gibt es ein sofortiges Feedback an die Maschinen und dieser wird automatisch im Prozess behoben.

Eine ressourcenschonende Produktion ohne Ausschuss und Fehler ist ein explizites Ziel der für das Projekt relevanten Ausschreibung „Transforming European Industry“.

Teamkollegen der Zukunft
Ein weiteres internationales Forschungsprojekt, bei dem Profactor mitwirkt, ist Teaming.AI, das vom Software Competence Center Hagenberg (SCCH) geleitet wird. Dabei wird gemeinsam mit europäischen Top-Partnern aus Forschung und Industrie Künstliche Intelligenz (KI) anhand von Demonstratoren in den Bereichen Qualitätsinspektion, Maschinendiagnostik und Unfallprävention weiterentwickelt.

Dieses Horizon 2020 EU-Projekt zeigt, dass Oberösterreich auf dem besten Weg ist, eine Vorreiterposition im Bereich „Human Centered AI“ einzunehmen – ein Ziel, das im Strategischen Programm #upperVISION 2030 fest verankert ist. Das SCCH ist federführend im Bereich von KI und Profactor agiert wie oben beschrieben als Experte im Manufacturing. Der Trend geht zu individualisierten Produkten, daher sollen die Fertigungsstraßen flexibler agieren können, mit dem Ziel, effizient in geringeren Losgrößen fertigen zu können.

KI lernt vom Know-how des Menschen
Durch die Produktion in geringeren Stückzahlen stehen allerdings weniger Daten für maschinelles Lernen zur Verfügung. Es braucht daher das Know-how und die Unterstützung von erfahrenen Fachkräften mit ihrem Wissen zu Prozessen und Zusammenhängen.

Für kleine Losgrößen und generell bei Wartungsarbeiten oder beim Umrüsten auf eine neue Produktionslinie braucht man vor allem Kontextinformationen – diese spielen eine wichtige Rolle beim Erkennen von Mustern. Das können technische Dokumentationen, System-Logs oder Sensordaten von Maschinen und das Feedback von Menschen sein. Diese Vielfalt an Daten gilt es zu nutzen und auf einen Nenner zu bringen, um Teamwork zwischen Mensch und KI zu ermöglichen. Dazu bieten sich sogenannte Knowledge-Graphen an. Darunter versteht man ganz allgemein eine Systematik, anhand derer Informationen gesucht und miteinander verknüpft werden.

Neben vielen Herausforderungen aus der Produktion, behandelt das Teaming.AI-Projekt im Kern auch zentrale Fragen des sogenannten Human Centered AI-Paradigmas. Dabei geht es darum, sicherzustellen, dass KI-Systeme ethischen Kriterien entsprechen. Entsprechende ethische Richtlinien wurden u.a. von der sogenannten High-Level-AI-Expert Group der Europäischen Kommission erarbeitet. Z.B. muss garantiert sein, dass der Mensch die Kontrollhoheit über KI-Systeme hat. Ein Schlüssel dazu ist ein schneller Mechanismus zur Aktualisierung und Konsistenzprüfung von verlinkten Daten, um zeitgerecht oder bereits im Vorfeld die Missachtung von etwaigen Richtlinien automatisch erkennen zu können.

Flexibilisierung in der Industrie und ethische Ansprüche müssen somit kein Widerspruch sein; eine Sichtweise, die von den positiven Gutachten des Konzeptes von Teaming.AI untermauert werden. Das Projekt wurde im Jänner gestartet und ist mit einem Gesamtbudget von 5,7 Mio. € drei Jahre, also bis Dezember 2023 terminiert. Projektpartner sind neben dem Software Competence Center Hagenberg und Profactor u.a. Tyris Software, Core Innovation and Technology, Industrias Alegre, die TU Dublin und die Universität Mannheim. (pj)

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