SIEMENS

Komplexe Systeme wie das Wetter, der Verkehr, das Auf und Ab an Aktienbörsen oder die biochemischen Abläufe im Körper unterliegen nicht dem Zufall, sondern den Gesetzen einer nichtlinearen Dynamik. Ihre einzelnen Teile beeinflussen sich gegenseitig und sortieren sich immer wieder neu: Dünen organisieren sich selbst, ebenso Wolken, der Ameisenstaat, die Lichtimpulse im Laser und die Signale im Gehirn. Die Komplexität eines Systems steigt mit der Zahl der Elemente, der Anzahl an Verknüpfungen zwischen diesen Elementen sowie der Nichtlinearität dieser Verknüpfungen: Dann hat zum Beispiel ein doppelt so starkes Signal nicht etwa die doppelte Wirkung, sondern vielleicht die vierfache oder achtfache.

Dennoch lassen sich in der Theorie komplexer dynamischer Systeme oft systemübergreifende Trends durch wenige Ordnungsparameter modellieren. So müssen intelligente Verkehrsleitsysteme nicht das tatsächliche Verhalten eines jeden Autofahrers kennen, um für bestimmte Verkehrsdichten Stop-and-Go-Wellen oder einen Verkehrsinfarkt voraussagen zu können. Sie werden darauf trainiert, solche Trends rechtzeitig aus den schwankenden Dichtemustern zu erkennen und dann Ampelschaltungen oder Tunnelzugänge entsprechend zu steuern.

Eines der spannendsten Beispiele komplexer Systeme ist das Gehirn. Beim Lernen verknüpfen sich die Nervenzellen selbstständig miteinander und bilden neue Netzwerke aus. Die von den Sinnesorganen gelieferten Erregungsmuster sorgen dafür, dass so immer komplexer werdende Verhaltensmuster entstehen. Die Erkenntnisse der Gehirn- und Komplexitätsforschung haben auch in der Informatik zu einem Paradigmenwechsel geführt. Lange Zeit dachte man, dass zur Steuerung komplexer Systeme ein übergeordnetes Programm benötigt würde. Doch heute werden viele Abläufe bei der Energieerzeugung, in der Produktion, den Verkehrssystemen oder der Logistik durch neuronale Netze gesteuert, die ähnlich funktionieren wie die Verknüpfungen im menschlichen Gehirn. Ihr großer Vorteil: Sie lernen an Beispielen, selbst noch während des Betriebs und können flexibel auf geänderte Umgebungsbedingungen reagieren.

Genutzt werden solche neuronalen Netze heute beispielsweise für die Steuerung von Kraftwerken. Tausende Messpunkte an der Gasturbine, die Siemens für das derzeit weltweit effizienteste Kraftwerk in Irsching bei Ingolstadt gebaut hat, erfassen hier permanent den Luftdruck, die Abgastemperaturen und Emissionen. Software-Systeme nach dem Vorbild des Gehirns werten diese Daten aus und lernen selbstständig dazu. Die Messdaten helfen aber nicht nur, ein einzelnes Kraftwerk zu optimieren. So können auch mehrere Kraftwerke verknüpft werden, die sich dann aufgrund der vielfältigen Erfahrungen – sozusagen der „Schwarmintelligenz eines virtuellen Kraftwerkparks“ während des laufenden Betriebs ständig optimieren.

So wie sich Kraftwerke verknüpfen lassen, werden im künftigen Internet der Dinge viele Objekte Daten austauschen, auf Dienste aus dem Internet zugreifen und mit Menschen interagieren. Kleidungsstücke teilen dann der Waschmaschine mit, bei welcher Temperatur sie gewaschen werden müssen, und Autos kommunizieren untereinander, um Staus und Unfälle zu vermeiden. Im Stromnetz der Zukunft sind Tausende von Energieproduzenten und -verbrauchern vernetzt, Software-Agenten werden selbsttätig Energie einkaufen und verkaufen, und in den Fabriken erhalten die einzelnen Werkstücke intelligente Etiketten, die per Funk und selbstorganisiert die Fertigung steuern.

In der Industrie werden Daten über den gesamten Lebenszyklus von Produkten gesammelt, um die Fertigung ebenso zu optimieren wie den laufenden Betrieb oder das Recycling. Integrierte Verkehrssysteme kombinieren eine Vielzahl möglicher Verkehrsmittel, damit Reisende möglichst schnell und bequem von A nach B kommen – und die Bilder moderner Medizingeräte werden bereits heute von Computern interpretiert und mit Erkenntnissen aus Wissensdatenbanken kombiniert, um Ärzte bei ihren Diagnosen zu unterstützen.

Dieses Internet der Dinge ermöglicht einen völlig neuen Wissenszugang, neue Geschäftsmodelle und Dienstleistungen. Es entsteht zugleich ein Internet des Wissens und ein Internet der Dienstleistungen. Vor allem aber wächst die Anzahl der Objekte rasant, die künftig via Internet verbunden sein werden. Marktforscher der IDC rechnen damit, dass bereits 2015 weltweit 15 Milliarden intelligente Geräte miteinander verknüpft sein werden. 2020 sollen es sogar weltweit über 50 Milliarden sein.