Das Internet ist zum technischen Rückgrat unserer Gesellschaft geworden. Es hat sich rasant entwickelt. Aus wenigen Punkt-zu-Punkt-Verbindungen ist ein hochdynamisches Netz der Netze geworden. Mittlerweile gibt es fast fünf Milliarden Internetnutzer weltweit. Ohne das Netz können wir uns ein Leben im privaten und öffentlichen Raum kaum noch vorstellen. Politische Entscheidungsprozesse werden mit seiner Hilfe ebenso unterstützt wie Geschäfte zwischen Konzernen oder die Kommunikation zwischen Familienmitgliedern. Fraunhofer FOKUS hat es sich daher zum Ziel gesetzt, die vernetzte Welt zu gestalten und sie sicher, zuverlässig und nachhaltig zu machen.

An diesem Ziel arbeiten die rund 450 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter von Fraunhofer FOKUS jeden Tag. Welche Schwerpunkte sie dabei setzen, zeigen die strategischen Themen Künstliche Intelligenz, Quantencomputing und Nachhaltigkeit und die Anwendungsfelder Digitale Vernetzung, Digitales Leben, Digitaler Staat sowie Sicherheit und Zertifizierung. Doch welches Know-how steckt hinter diesen Begriffen? 

Künstliche Intelligenz

Künstliche Intelligenz (KI) begleitet uns im Alltag und wird als zentrale Technologie gehandelt, damit Autos intelligent und autonom fahren können, Lieferketten besser planbar oder Produktionsprozesse effizienter und damit Nachhaltigkeitsziele erreichbar werden. Dabei ist KI nicht gleich KI und auch nicht immer ist ihr Einsatz sinnvoll. Aktuell redet man meistens über eine sehr spezifische Form von KI, nämlich Mustererkennung durch maschinelles Lernen (ML). ML als ein Teilgebiet der KI dient dazu, Muster in sehr großen Datenmengen zu finden, um daraus Zusammenhänge ableiten zu können, die zur Entscheidungsfindung dienen. KI umfasst neben Mustererkennung durch ML jedoch auch weitere Methoden und Technologien, wie wissensbasierte Systeme, Schlussfolgerungssysteme, Robotik und intelligente multimodale Mensch-Maschine-Interaktion. Damit KI sinnvoll eingesetzt wird – und man nicht Gefahr läuft, bereits gut gelöste Probleme, wie z. B. in der Regelungs- und Steuerungstechnik, mit KI ein weiteres Mal und gegebenenfalls schlechter bzw. mit viel höherem Aufwand zu lösen – ist es wichtig, das Themenfeld, die Domäne, in der KI zum Einsatz kommen soll, zu verstehen. Nur so lassen sich effektive, innovative und effiziente Lösungen finden. Daher beginnt die Arbeit der Forscherinnen und Forscher bei FOKUS mit einer detaillierten Problem- und Anforderungsanalyse aus der Domäne heraus. Gleichzeitig stehen umfangreiche Methoden zur Verfügung, zu denen auch die KI-Verfahren zählen. Wie Fraunhofer FOKUS vorgeht und bereits KI einsetzt, erfahren Sie hier.

Quantencomputing

Was wir heute täglich machen, nämlich mit dem Smartphone von A nach B zu navigieren, ist gar nicht so trivial wie es aussieht. Ein herkömmlicher Computer muss dafür alle Möglichkeiten und unterschiedlichen Optimierungen, also z. B. welches die schnellste und kürzeste Strecke ist, auf welcher man am wenigsten Treibstoff oder Strom verbraucht oder wo aktuell kein Stau ist, nacheinander berechnen. Quantencomputer können dies »gleichzeitig« und in Echtzeit in Sekundenschnelle alle Möglichkeiten bewerten. Auf diesem Weg können sie Fragen beantworten, die herkömmliche Computer nur sehr langsam oder gar nicht lösen können. Fraunhofer FOKUS will Quantencomputing in der Praxis nutzbar machen und unterstützt dafür in den Bereichen Simulation, Optimierung und Machine Learning. Den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern geht es darum, Quantencomputer verständlich und zugänglich zu machen, auch für Nicht-Physiker und Nicht-Mathematiker, sei es aus Wissenschaft und Industrie, insbesondere für kleine und mittlere Unternehmen (KMU). Mehr über aktuelle Quantencomputing-Projekte erfahren Sie hier.

Nachhaltigkeit

In den kommenden Jahren werden digitale Technologien zu einer immer stärker vernetzten Welt beitragen. Gleichzeitig rücken Bedenken über den erhöhten Energiebedarf und den damit verbundenen CO2-Ausstoß stärker in den Vordergrund, wenn es beispielsweise um Themen wie den flächendeckenden Einsatz von 5G geht. Der Einsatz neuer digitaler Lösungen bietet in einer Vielzahl von Bereichen Möglichkeiten, diese nachhaltig zu gestalten. So arbeiten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler beispielsweise an einer verbesserten Netzinfrastruktur für Smart Cities oder unterstützen die Energieeinspeisung ins Stromnetz von dezentralen Anlagen, wie z. B. Windrädern. Wie Fraunhofer FOKUS eine nachhaltige Entwicklung unterstützt, erfahren Sie hier.

Digitale Vernetzung

Die digitale Vernetzung verknüpft die physische mit der digitalen Welt. Gebäude, Autos, Züge, Fabriken und die meisten Dinge unseres Lebensalltags sind dann miteinander vernetzt. Die digitale Vernetzung sorgt beispielsweise dafür, dass autonome Fahrzeuge auf Basis eines eigenen 5G-Campusnetzes Ersatzteile über ein Fabrikgelände transportieren. Vernetzung auf der Straße ermöglicht eine genaue aber anonyme Lokalisierung, so dass die LKW-Fahrerin über Radfahrer in der Nähe informiert wird. Digitale Vernetzung verhilft also zu mehr Effizienz, Sicherheit, Kooperation und auch Nachhaltigkeit. Auch wenn die Ziele der Vernetzung häufig ähnlich sind, ist der Weg dorthin je nach Branche und konkretem Anwendungsfall unterschiedlich. Digitale Vernetzung gibt es nicht von der Stange. Ergänzend zum Branchenwissen verfügt Fraunhofer FOKUS über umfangreiche Expertise in den drei für die digitale Vernetzung zentralen Technologien Software-basierte-5G-Netze, Edge Computing sowie Künstliche Intelligenz (KI). Mehr erfahren Sie hier.

Digitales Leben

Viele Unternehmen haben 2020 aufgrund der Corona-Pandemie die Möglichkeiten für das Arbeiten von zu Hause ausgeweitet. 48 Prozent der Beschäftigten empfinden laut einer Untersuchung der Krankenkasse DAK die Digitalisierung im Zuge dessen als Entlastung. Über 60 Prozent bewerten den Zeitgewinn durch den wegfallenden Arbeitsweg und die zeitliche Flexibilität als positiv. Die Digitalisierung verschiedener Lebensbereiche kann viele Vorteile aber auch Risiken mit sich bringen. Fraunhofer FOKUS forscht daran, Potenziale auszuschöpfen und das digitale Leben sicher zu gestalten. So unterstützen wir zum Beispiel Schülerinnen und Schüler oder die berufliche Weiterbildung durch eine Online-Lernplattform, setzen »Augmented Reality« im Handwerk ein oder reduzieren die Übertragungskosten beim Video-Streaming ohne das dabei die Qualität des Streams reduziert wird. Wie Fraunhofer FOKUS mit seiner Forschung das digitale Leben unterstützt, sehen Sie hier.

Digitaler Staat

Im Rathaus der Zukunft sind Dienstleistungen der Verwaltung online zugänglich, sicher, barrierefrei und nutzerzentriert. Bis Ende 2022 müssen Bund, Länder und Kommunen im Rahmen des neuen Onlinezugangsgesetzes ihre Verwaltungsleistungen über Verwaltungsportale auch digital anbieten. Dafür wurden 575 Leistungen identifiziert, für die digitale Prozesse entwickelt werden. Der öffentliche Sektor ist damit auf allen Ebenen mitten in einem Umbruch der digitalen Transformation. Fraunhofer FOKUS unterstützt Politik, Verwaltung und Wirtschaft bei der strategischen Umsetzung von interoperablen und sicheren IKT-Lösungen im öffentlichen Raum und in der öffentlichen Verwaltung. Wie die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler dies tun, erfahren Sie hier.

Sicherheit und Zertifizierung

Schon heute finden sich nicht nur in unseren Autos, Mobiltelefonen oder Smart-Home-Anwendungen Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT). Auch kritische Infrastrukturen, wie unsere Strom- oder Wasserversorgung, sind heute mehr oder weniger digitalisiert. Nur wenn die Sicherheit solcher Systeme gewährleistet ist, können wir uns auf sie verlassen und verhindern, dass ein Ausfall zu großen finanziellen Schäden oder sogar zu Gefahren für Menschenleben führt. Fraunhofer FOKUS hat es sich zur Aufgabe gemacht, den Schutz von kritischen Infrastrukturen durch leistungsfähige und vor allem sichere Technologien zu unterstützen. Was das »CertLab«, die »Blockchain«-Technologie oder das Cybersicherheitslabor damit zu tun haben, erfahren Sie hier.