Bionik und KI: Wie sie die Entwicklung nachhaltiger Produkte unterstützen

• Nachhaltige Produkte zu entwickeln, die zugleich leistungsfähig sind, stellt für viele Unternehmen eine Herausforderung dar.
• Bionik und KI lassen sich für die Entwicklung von nachhaltigen Produkten nutzbar machen.
• Die EDAG Group startet dazu neues Verbundprojekt mit Partnern aus Forschung und Praxis.

Den Klimawandel einzudämmen und gleichzeitig die wirtschaftliche Leistungsfähigkeit zu steigern – für viele Unternehmen stellt dies eine der größten Herausforderungen dar. Der Leichtbau gilt insbesondere im Mobilitätssektor als Schlüsseltechnologie, um dieses Ziel zu erreichen. Mit der besonderen Konstruktionsweise, bei der das Produktgewicht so gering wie möglich bleibt, lassen sich nicht nur Materialkosten, sondern auch CO2-Emissionen während des Betriebs der Fahrzeuge einsparen. Emissionsintensive Herstellungs- und Recyclingverfahren fallen hierbei jedoch häufig unter den Tisch. Auch wenn in der Fahrzeugentwicklung selbst verhältnismäßig wenig CO2 entsteht, so werden die späteren CO2-Emissionen in Produktion und Nutzung wesentlich definiert. Aus dieser Motivation heraus beteiligt sich die EDAG Group als weltweit größter unabhängiger Entwicklungsdienstleister der Mobilitätsindustrie an dem Verbund-Projekt „Bionik und KI zur nachhaltigen Integration in der Produktentwicklung für einen ressourceneffizienten Leichtbau“ (BIKINI) mit Partnern aus Forschung und Praxis.

Gemeinsam verfolgt man das Ziel, Methoden der Bionik und künstlichen Intelligenz anzuwenden. Das soll die Nachhaltigkeit entlang der vollständigen Prozesskette sowie über den gesamten Lebenszyklus eines Produkts ermöglichen. Dem Konsortium gehören neben EDAG und der Universität Paderborn die Unternehmen Additive Marking GmbH, Atos Deutschland, Krause DiMaTec GmbH und RHaug GmbH sowie das Alfred-Wegener-Institut an. Im September fand das Kick-off des Projekts mit einer Laufzeit von drei Jahren statt. Gefördert wird das BIKINI-Projekt vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) und hat ein Projektvolumen von rund vier Millionen Euro.

Mit künstlicher Intelligenz und Bionik zu effizienteren Entwicklungsprozessen

„Bewertungskriterien wie Kosten, Gewicht und Leistung werden bei der Entwicklung von Leichtbauteilen aktuell schon berücksichtigt. Wir wollen diesen Katalog um eine Kennzahl für Nachhaltigkeit erweitern und diese kontinuierlich im Entwicklungsprozess messen und daraufhin optimieren können.“, erklärt Projektleiter Sebastian Flügel von der EDAG Engineering GmbH. Um diese Aspekte bereits bei der Planung und Konstruktion von einzelnen Bauteilen oder komplexen Systemen zu berücksichtigen, gilt es, neue Entwicklungskonzepte zu erarbeiten. Zusätzliche Elemente ergänzen daher bereits etablierte Verfahren wie die computerunterstützte Erstellung von Entwürfen (CAD-Konstruktion) und deren Simulation (FE-Berechnung):

• Bionik – eine Wissenschaft, bei der Prinzipien und Phänomene aus der belebten Natur zum Vorbild für technische Entwicklungen werden.
• Künstliche Intelligenz (KI) – ein Teilbereich der Informatik, um menschliche Lern- und Denkprozesse durch Algorithmen in technische Anwendungen zu übertragen.

Beide Elemente dienen dabei als Basis für neuartige Automatismen und Assistenzdienste im Entwicklungsprozess.

„Die Zukunft der Mobilität und deren Entwicklung liegt in der Vielfältigkeit der eingesetzten Technologien. Deshalb ist die Kombination aus Bionik und KI so spannend. Ein Neuron alleine ist nicht fähig etwas zu bewirken, erst ein Verbund aus Neuronen ist fähig vieles zu verändern“, erklärt der für KI verantwortliche Abteilungsleiter Jacek Burger.

KI-Erfahrungen fließen in den Fahrzeugentwicklungsprozess ein

Die EDAG Group kann auf große KI-Erfahrung im Segment Software und Digitalisierung seit 2018 zurückgreifen. So hat das Unternehmen eine Software entwickelt, die durch den Einsatz künstlicher Intelligenz assistiertes und automatisiertes Fahren auch bei schlechten Sichtverhältnissen unterstützt. Diese Kompetenzen setzt EDAG nun auch verstärkt in den eigenen Fahrzeugentwicklungsprozessen ein. So wird im BIKINI-Projekt beispielsweise eine künstliche Intelligenz trainiert, um Fahrzeugentwürfe in Sekunden hinsichtlich des Fußgängerschutzes zu bewerten. Dadurch werden aufwändige Berechnungen gespart und die Ingenieure können schneller zu leichten und zugleich sicheren Entwürfen gelangen. Darüber hinaus lassen sich KI-Methoden zur Analyse von Lastenheften einsetzen, um ein verbessertes Anforderungs- und Nachhaltigkeitsmanagement zu erzielen.

Auch an praktischen Einsatzgebieten von Bionik arbeitet die EDAG Group bereits seit 2015 intensiv. So entstand 2015 mit dem Concept Car „EDAG Light Cocoon“ eine Karosseriestruktur, die von der Skelettstruktur eines Blattes inspiriert wurde. Im Ergebnis bot sie somit ein Gewichtseinsparpotential von bis zu 30 Prozent. Solche Prinzipien will man durch neue Algorithmen und Hilfestellungen in Konstruktion und Berechnung auch auf etablierte Fertigungsverfahren und damit in die Serie übertragen.

Konsortium mit unterschiedlichen Kompetenzen

„Die intensive Zusammenarbeit von Industrie und Wissenschaft führt dank verschiedener Kompetenzen im Bereich KI und Bionik zu ganz neuen Lösungsansätzen. Diese sind notwendig, damit soziale und ökologische Nachhaltigkeit nicht zu Lasten der wirtschaftlichen Wettbewerbsfähigkeit führt, sondern diese sogar bestärkt“, so der Projektleiter Sebastian Flügel von der EDAG Engineering GmbH.

„Künstliche Intelligenz wird unsere Ingenieure bei der Arbeit unterstützen, um schneller zu nachhaltigen Ergebnissen zu gelangen. Wir freuen uns darauf, die im BIKINI Projekt neu erforschten Methoden für unsere Kunden in Anwendung zu bringen“, resümiert Friedemann Voit, Abteilungsleiter CAE & Vehicle Safety München.

Bild: Das BIKINI-Konsortium hat sich zum Kick-Off-Meeting im AStA Stadtcampus der Universität Paderborn getroffen. Bildquelle: EDAG Engineering GmbH

Weitere Informationen: https://www.edag.com/

Erfahren Sie hier mehr über die menschliche Hand als Vorbild für Greifsysteme in der Automation.

Lesen Sie auch: „Simulationsumgebung: Fluidtechnisch-mechatronische Systeme optimieren“