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Neuronale Netze allerorten

Was passiert, wenn Dinge und Maschinen beginnen, selbstständig zu agieren? Es kommt zu einer der revolutionärsten Veränderungen, die die Welt je erlebt hat.

Autonome Fahrzeuge können den Straßenverkehr künftig deutlich entlasten, wenn sie verstärkt gemeinschaftlich genutzt werden.
Autonome Fahrzeuge können den Straßenverkehr künftig deutlich entlasten, wenn sie verstärkt gemeinschaftlich genutzt werden.

War Künstliche Intelligenz – abgekürzt KI – vor einigen Jahren noch mehr ein Versprechen als Wirklichkeit, ist sie inzwischen Alltag. Wir führen, mehr oder minder, erfolgreiche Gespräche mit den Sprachassistenten unserer Smartphones, um günstige Flüge zu finden oder das Licht im Wohnzimmer zu dimmen. Aus tausenden Urlaubsfotos fischt KI-Software problemlos die Gesichter unserer Freunde und Familie heraus. In Städten und auf Autobahnen sind, wenn auch noch im Testbetrieb, autonom gesteuerte Fahrzeuge unterwegs, die selbstständig Entscheidungen im Verkehr treffen.

 

All das klingt vielversprechend – und die Hoffnungen sind in der Tat groß. Denn KI ist kein stur Kommandos ausführendes Computerprogramm, sondern sie lernt dank sogenannter neuronaler Netze, die dem menschlichen Gehirn nachempfunden sind, ständig hinzu und wird so, in Echtzeit, immer besser. Je mehr wir einkaufen, desto passender fallen im Online-Shop die Produktvorschläge aus. Je mehr Filme wir sehen, desto treffsicherer sind die darauf basierenden Empfehlungen. Manchem mag die Treffgenauigkeit bisweilen sogar unangenehm auffallen, weil man sich durchschaut fühlt. Doch wer weiß nicht gerne einen Gehilfen an seiner Seite, wenn man etwas ratlos ist oder es gerade besonders eilig hat. So unterstützt, geschult an riesigen Datenmengen, das von IBM entwickelte, in der Cloud angesiedelte kognitive System „Watson“ heute bereits Mediziner dabei, bessere Diagnosen zu stellen, Versicherungen, Risiken genauer einzuschätzen, oder Meteorologen, das Wetter vorherzusagen.

Gesprächspartnerin in in vielen Millionen Haushalten: Amazons Alexa (hier im Smart Speaker Echo).
Gesprächspartnerin in in vielen Millionen Haushalten: Amazons Alexa (hier im Smart Speaker Echo).

Aber welche Auswirkungen hat diese revolutionäre Technologie auf unsere Arbeitswelt, Gesellschaften und Unternehmen? In welchen Arbeitsfeldern verdrängen in den kommenden Jahren und Jahrzehnten intelligente Maschinen den Menschen – und wo entstehen dank KI neue Berufe? Wie können Unternehmen KI nutzen, um neue Geschäftsfelder zu erschließen und ihren Kunden neue Services anzubieten, mit denen diese ihre Produktivität und Effizienz steigern? Das sind komplexe Fragen, für die der digitale Assistent im Smartphone heute sicher keine Antwort parat hat. Aber klar ist: KI wird unsere Gesellschaft nachhaltig verändern.

„Software kann sehr intelligent sein. Aber den Menschen kann sie nicht ersetzen.“

Rolf-Dieter Heuer ist zuversichtlich, dass uns clevere Maschinen helfen –  in Forschung, Industrie und im Alltag. Im Interview erklärt der ehemalige Generaldirektor des CERN und langjährige Präsident der Deutschen Physikalischen Gesellschaft (DPG), weshalb es dennoch immer intelligenter Menschen bedarf.

Prof. Dr. Rolf-Dieter Heuer.
Prof. Dr. Rolf-Dieter Heuer.

Künstliche Intelligenz ist ein Begriff, der Hoffnungen schürt und Bedenken provoziert. Was bedeutet er für Sie als Physiker?

Früher war Künstliche Intelligenz schlichtweg intelligente Software –  also neuronale Netze, die durch immer mehr Daten, mit denen der Mensch sie fütterte, immer besser Muster erkannt haben. Die Software wurde so geschrieben, dass sie sich mit Unterstützung des Menschen permanent weiterentwickelte. Heutzutage verläuft das auf den ersten Blick ähnlich, aber auf den zweiten doch anders: Man setzt der Software gleich eine Riesenmenge an Daten vor und schreibt sie so, dass sie intelligent genug ist, diese Daten in eigener Regie nach Mustern zu durchforsten und jene Kombination zu selektieren, die man braucht.

 

Haben Sie ein Beispiel?

Nehmen wir die Steuerung des Teilchenbeschleunigers im CERN. Er ist mit Millionen Sensoren ausgestattet, die überwachen, ob alles richtig läuft. Durch Mustererkennung werden verschiedene Sensoren gleichzeitig zurate gezogen. Die Frage lautet nicht: Was macht der eine Sensor?, sondern: Welche Situation entsteht dadurch? Mit intelligenter Software, die das Wissen aller Sensoren vereint, können Sie sehr schnell sagen: Wir ignorieren diesen einen Sensor. Wenn dann aber auch der Nachbarsensor diese Abweichung zeigt, müsste das Programm intelligent genug sein, festzustellen: Jetzt müssen wir etwas tun.

Die Zeit bis zum Markteintritt wird verkürzt, und die Produkte sind besser, wenn Sie clevere Programme einsetzen. Aber: Clevere Programme werden von cleveren Leuten geschrieben.

Prof. Dr. Rolf-Dieter Heuer
Prof. Dr. Rolf-Dieter Heuer

Der Mensch spielt also keine Rolle mehr?

Doch. Nur müssen solche Entscheidungen so schnell getroffen werden, dass man sich nicht nur auf den Menschen verlassen kann. Er ist zu langsam. Die Maschine ist auf jeden Fall schneller – aber ob sie eines Tages cleverer ist? Der menschliche Erfahrungswert ist bei aller Künstlichen Intelligenz nicht zu verachten. Ich kann mir nicht vorstellen, dass Maschinen sich eines Tages über uns hinwegsetzen. Gleiches gilt ja auch beim Autonomen Fahren: Software kann sehr intelligent sein, aber den Menschen kann sie nicht ersetzen.

 

Welche Chancen wird uns KI also eröffnen?

Wir haben es hier mit einem Kreislauf zu tun: Die Grundlagenforschung braucht, um voranzukommen, immer intelligentere Programme. Solch neue Technologien beschleunigen natürlich auch die angewandte Forschung und treiben damit industrielle Anwendungen voran. Mit entsprechend guten Leuten bringt dies dann die Methodik weiter, und diese wirkt wiederum in die Grundlagenforschung hinein. Dieser Kreislauf ist das Wichtigste, was wir haben. Denn er bringt stets  –  und das immer an ungeplanter Stelle –  etwas hervor, das disruptiv wirkt, das eine echte Neuheit ist. Die Zeit bis zum Markteintritt wird verkürzt, und die Produkte sind besser, wenn Sie clevere Programme einsetzen. Aber: Clevere Programme werden von cleveren Leuten geschrieben.

Von der Industrie 4.0 bis zur Smart City

KI prägt unser Leben aber nicht nur in B2C-Feldern und somit im privaten Umfeld, sondern vor allem auch dort, wo wir sie lediglich indirekt bemerken – und zwar in der Infrastruktur, der Industrie und auch der Energieversorgung.

Das Siemens AI Lab wurde im November 2017 in München offiziell eröffnet.
Das Siemens AI Lab wurde im November 2017 in München offiziell eröffnet.

 

So befeuert KI das Thema Industrie 4.0. Wenn die Produktion nicht nur von Software gesteuert wird, sondern in ein vernetztes und lernfähiges Umfeld eingebettet ist, kann sie stetig neuen Umständen angepasst und damit optimiert werden. Steuersoftware kann Trends und Muster in Datenbergen einer Fabrik erkennen und helfen, effizienter zu produzieren. Etwa mithilfe vorausschauender Wartung: Aufgrund bestimmter Daten kann eine Vorhersage getroffen werden, wann ein Bauteil ersetzt werden sollte, damit es nicht zu einem größeren Produktionsausfall kommt. Dank dieses Überblicks in Echtzeit können KI-Assistenten außerdem Angestellte bei ihrer Arbeit unterstützen, indem sie ihnen fortlaufend aktuelle Informationen zur Verfügung stellen. Natürlich gilt dabei: Je stärker vernetzt eine Anlage ist, desto wichtiger wird Cybersecurity. Auch hier hilft die KI. Geht etwa einer Attacke ein Muster verdächtiger Signale voraus, kann das Überwachungsprogramm einen Angriff womöglich schneller und erfolgreicher abwehren als ein Mensch.

Weniger Fahrzeuge bedeuten mehr Fläche zum Leben. KI kann Städte grüner machen.
Weniger Fahrzeuge bedeuten mehr Fläche zum Leben. KI kann Städte grüner machen.

KI kommt aber nicht nur den Betreibern von wesentlich effizienter arbeitenden Fabrikanlagen zugute, sondern auch der Gesellschaft, beispielsweise der Energieversorgung. KI kann Energieunternehmen helfen, trotz zunehmend dezentraler Stromerzeugung aus erneuerbaren Quellen eine reibungslose Versorgung zu ermöglichen. Das Gesundheitssystem profitiert, indem etwa Analysen unserer medizinischen Daten maßgeschneiderte Therapien ermöglichen. Und natürlich werden Ballungszentren KI nutzen, um ein menschenwürdiges und ressourcenschonendes Zusammenleben zu ermöglichen, beherbergen sie laut Vereinten Nationen bis 2050 doch 70 Prozent aller Menschen. Dazu werden mithilfe von KI alle Datenquellen urbanen Lebens analysiert, vom Verkehr über den Stromverbrauch bis hin zum Klima. So können Städte Mobilitätsplattformen entwickeln, die es den Bewohnern ermöglichen, ohne Privatauto problemlos von A nach B zu kommen. Und weniger Fahrzeuge bedeuten mehr Fläche zum Leben – also gesteigerte Lebensqualität.

 

Siemens – ein technologischer Vorreiter

Das künstliche Hirn hinter Industrie und Infrastruktur

Immer detaillierter können Mediziner heute mit bildgebenden Verfahren in den menschlichen Körper hineinsehen und präzise Aussagen treffen – auch dank KI.
Immer detaillierter können Mediziner heute mit bildgebenden Verfahren in den menschlichen Körper hineinsehen und präzise Aussagen treffen – auch dank KI.

All das sind Felder, in denen Siemens führend ist. Forscher des Unternehmens waren in den 1990er-Jahren unter den Ersten, die künstliche neuronale Netze für innovative Lösungen nutzbar machten: für die Optimierung energieintensiver Stahlwerke. Heute befassen sich bei Siemens mehr als 200 Experten mit Datenanalytik und neuronalen Netzen. Sie setzen Deep-Learning-Verfahren ein, die mit zigtausenden simulierten Neuronen arbeiten. „Unsere Experten entwickeln KI-Anwendungen für die Industrie, Smart Cities, Züge, Medizintechnik, Windparks oder Energieverteilung“, sagt Roland Busch, CTO der Siemens AG. „Unser Unternehmen ist Vorreiter auf dem Feld der industriellen Künstlichen Intelligenz.“

 

An MindSphere, Siemens´ offenes, cloudbasiertes IoT-Betriebssystem – wie Android für Smartphones, nur für die Industrie – sind weltweit knapp eine Million, bis Ende 2018 voraussichtlich bereits 1,25 Millionen Geräte angeschlossen. MindSphere verbindet Industrieanlagen mit der Cloud. Dort können Daten sicher gesammelt, ausgewertet und etwa mit verschiedensten Apps für unterschiedliche Bedürfnisse genutzt werden. Das erlaubt Anlagenbetreibern vorausschauende Wartung, Energiedatenmanagement oder Ressourcenoptimierung.

 

Siemens-KI hilft auch, Gasturbinen automatisch zu optimieren. Das System lernt aus Betriebszuständen, mehr Strom zu erzeugen und dabei weniger Stickoxide auszustoßen. Auf diesem Wege verbessert Siemens-KI auch die Leistung von Windturbinen. Bei der vorausschauenden Wartung von Zügen helfen KI-Programme, kürzere Ausfallzeiten bei Instandhaltungen zu ermöglichen. Selbst die schwierige Konfiguration von Stellwerken für Bahnhöfe wird von KI unterstützt. „Unser System erstellt selbstständig eine Architektur für die Hard- und Software“, sagt Siemens KI-Experte Michael May, „die nachweislich sämtliche Sicherheitsbedingungen einhält.“ In der Medizintechnik wiederum können animierte Bilder Operationen in Echtzeit begleiten; Siemens-KI hilft Ärzten außerdem beim Auswerten tausender Röntgenbilder.

Unser Unternehmen ist Vorreiter auf dem Feld der industriellen Künstlichen Intelligenz.

Roland Busch, CTO der Siemens AG

Partner, kein Konkurrent

Zukunftsvision mit Augenzwinkern: Marvin (rechts) aus dem Film „Per Anhalter durch die Galaxis“ ist ein Roboter mit so hoher Intelligenz, dass er eine eigene Persönlichkeit entwickelt - inklusive Stimmungsschwankungen.
Zukunftsvision mit Augenzwinkern: Marvin (rechts) aus dem Film „Per Anhalter durch die Galaxis“ ist ein Roboter mit so hoher Intelligenz, dass er eine eigene Persönlichkeit entwickelt - inklusive Stimmungsschwankungen.

Diese Beispiele zeigen: KI ist bereits Teil unseres Alltags. In naher Zukunft kommen autonome Fahrzeuge, sich selbst steuernde Fabriken, Operationsroboter und intelligente Digitalassistenten hinzu. Der Effekt: Unsere Lebensqualität wird weiter steigen. Der Verkehr in den Städten ist besser geregelt, die Gesundheitsversorgung ist wirksamer, indem KI etwa Ärzten bei Diagnosen zur Hand geht, und die Energieversorgung wird automatisch lernen, Stromangebot und -nachfrage stets im Gleichgewicht zu halten. Und wenn wir im Zweifel über unser Handeln sind, kann uns KI bei Entscheidungen unterstützen: Dank der Fähigkeit, gewaltige Datenmengen zu analysieren, kann KI auch genauere Vorhersagen für komplexe Systeme wie das Klima treffen – so können wir die Folgen unseres Handelns besser einschätzen.

 

Zugegeben, KI bedeutet auch, dass Roboter eines Tages für viele Tätigkeiten qualifiziert sein werden, und zwar besser, die heute noch von Menschen ausgeführt werden. So wird die Logistikbranche angesichts autonom fahrender Lkws weniger Fahrer benötigen. Für diese Veränderungen müssen Politik, Gesellschaft und Wirtschaft gewappnet sein: Wir brauchen Roadmaps für digitale Infrastruktur, zielgerichtete Bildungsangebote und entsprechende gesetzliche Regelungen, um dem Fortschreiten von KI nicht nur den Weg zu bereiten, sondern diese Entwicklung auch in die richtigen Bahnen zu lenken.

 

Gleichzeitig sind sich die meisten Experten einig, dass Roboter die Menschen nicht ersetzen werden. Vielmehr werden sie und KI-Systeme – wie heute bereits Sprachassistenten – Partner des Menschen sein, die uns unterstützen und uns so die Freiheit geben, die Aufgaben der Zukunft zu bewältigen und dabei mit der notwendigen Kreativität ans Werk zu gehen. „Maschinen werden immer anders denken als Menschen, daher sehe ich das als Ergänzung und nicht als Bedrohung“, sagt Michael May. „In vielen dieser Bereiche ist die KI eine Art Intelligenzverstärker, ohne dass der Mensch dabei überflüssig wird.“

Künstliche Intelligenz bei Siemens

Die silberne Banditin
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