Technologieplattform NeurOSmart fördert sichere Mensch-Maschine-Interaktion in der Industrie

Innovative Technologie für sichere Mensch-Maschine-Kollaboration

Die fortschreitende Automatisierung in der Industrie führt zu einer immer engeren Zusammenarbeit zwischen Mensch und Maschine. Diese Entwicklung birgt sowohl großes Potenzial für Effizienzsteigerungen als auch Herausforderungen im Bereich der Arbeitssicherheit. Vor diesem Hintergrund hat das Fraunhofer-Institut für Siliziumtechnologie (ISIT) gemeinsam mit weiteren Fraunhofer-Instituten die Technologieplattform NeurOSmart entwickelt. Ziel ist es, eine sichere und effiziente Kollaboration zwischen Menschen und Robotern in industriellen Umgebungen zu ermöglichen.

Das Herzstück: Sensoren, KI und Neuromorphic Computing

NeurOSmart integriert verschiedene Schlüsseltechnologien, um eine neuartige Lösung für die Mensch-Maschine-Interaktion zu schaffen. Im Zentrum steht ein hochleistungsfähiges Sensorsystem, das auf LiDAR-Lasern (Light Detection and Ranging) basiert. Dieses System überwacht den gemeinsamen Arbeitsbereich von Mensch und Maschine aus der Vogelperspektive. Es sendet kurze Impulse im Nahinfrarotbereich aus und nutzt die Reflexionen zur dreidimensionalen Entfernungsmessung, wodurch ein hochauflösendes 3D-Bild der Arbeitsumgebung entsteht.

Intelligente Sensorik durch MEMS-Spiegel

Um den gesamten Arbeitsraum mit einer begrenzten Anzahl von LiDAR-Lasern abzudecken, setzt NeurOSmart auf bewegliche MEMS-Spiegel (Micro-Electro-Mechanical Systems). Diese wurden im Rahmen des Projekts in Leistung und Energieeffizienz optimiert. Die Verwendung von piezoelektrischem Aluminiumscandiumnitrid (AlScN) mit einer Schichtdicke von nur einem Mikrometer trägt zur Steigerung der Leistungsfähigkeit und Energieeffizienz bei. Diese Technologie ermöglicht es, größere Bereiche zu überwachen und gleichzeitig den Energieverbrauch zu minimieren.

Datenverarbeitung direkt am Sensor: Edge AI und Neuromorphic Computing

Die große Menge an generierten 3D-Bilddaten erfordert eine effiziente Verarbeitung. NeurOSmart implementiert hierfür eine dezentrale Intelligenz, die direkt am Sensorsystem angesiedelt ist. KI-gestützte Algorithmen, entwickelt vom Fraunhofer IMS, analysieren die Rohdaten und identifizieren relevante Bereiche im Arbeitsraum, in denen potenzielle Gefahren entstehen könnten. Diese Vorverarbeitung reduziert die Datenmenge erheblich und ermöglicht eine gezielte Ausrichtung der Sensoren, was Rechenleistung und Energie spart.

Der nächste Schritt, die eigentliche Auswertung der Daten und die Entscheidungsfindung für die Robotersteuerung, erfolgt mittels selbst entwickelter KI-Chips. Diese Chips nutzen das Konzept des Neuromorphic Computing, das sich an der Funktionsweise des menschlichen Gehirns orientiert. Die Prozessoren bestehen aus vielen kleinen Recheneinheiten, die matrixförmig verschaltet sind. Jeder Chip agiert als "denkende Zelle" und trifft eigene Entscheidungen. Diese Architektur ermöglicht eine extrem schnelle Datenauswertung innerhalb weniger Millisekunden vom Signalempfang bis zur mechanischen Reaktion des Roboters. Die hierfür erforderlichen, hochspezialisierten KI-Modelle wurden vom Fraunhofer IAIS entwickelt.

Sicherheit und Effizienz in der Industrie

Die schnelle und präzise Erkennung von Gefahrensituationen ist entscheidend für die Sicherheit in kollaborativen Arbeitsumgebungen. Durch die geringen Latenzzeiten des NeurOSmart-Systems kann ein Roboter im Gefahrenfall sofort verlangsamt oder gestoppt werden, bevor es zu einer Kollision mit einem Menschen kommt. Dies erhöht nicht nur die Sicherheit, sondern ermöglicht auch eine agilere und effizientere Zusammenarbeit, da Roboter nur dann intervenieren, wenn es tatsächlich notwendig ist. Die Simulation ganzer Roboterzellen durch das Fraunhofer IAIS ermöglichte es, Gefahrensituationen für das Training der KI zu generieren, die in der realen Umgebung nicht nachstellbar wären.

Breites Anwendungsspektrum und Energieeffizienz

Die Entwickler betonen, dass die NeurOSmart-Technologie über die industrielle Mensch-Maschine-Kollaboration hinaus vielfältige Anwendungsmöglichkeiten bietet. Die energieeffiziente Architektur mit integrierter Sensor- und Datenverarbeitung ist prädestiniert für mobile Systeme. Denkbare zukünftige Einsatzbereiche umfassen Drohnen, die von längeren Akkulaufzeiten profitieren, sowie autonome Sensorsysteme in der Landwirtschaft, wo eine autarke und energieeffiziente Datenverarbeitung von Vorteil ist.

Das Projekt NeurOSmart ist ein Fraunhofer-Leitprojekt, das die Expertise von fünf Instituten bündelt: dem Fraunhofer ISIT (Koordination), Fraunhofer IPMS, Fraunhofer IMS, Fraunhofer IWU und Fraunhofer IAIS. Diese interdisziplinäre Zusammenarbeit ermöglicht die Entwicklung einer umfassenden Technologieplattform, die von der Materialentwicklung über die Hardware bis hin zur Software und Anwendung reicht.

Perspektiven für die Zukunft

Die Technologieplattform NeurOSmart stellt einen signifikanten Fortschritt im Bereich der Mensch-Maschine-Kollaboration dar. Sie adressiert zentrale Anforderungen moderner Produktionsumgebungen wie minimale Latenzzeiten, hohe Energieeffizienz und die sichere Interaktion zwischen Mensch und Maschine. Die kontinuierliche Weiterentwicklung und Anpassung an spezifische industrielle Szenarien wird dazu beitragen, Fabrikhallen sicherer, produktiver und menschenfreundlicher zu gestalten.

Bibliography

- Fraunhofer-Gesellschaft. (2026, March 2). Perfekte Mensch-Maschine-Kooperation mit NeurOSmart. Presseinformationen. Abgerufen von https://www.fraunhofer.de/de/presse/presseinformationen/2026/maerz-2026/perfekte-mensch-maschine-kooperation-mit-neurosmart.html - Fraunhofer ISIT. (n.d.). Fraunhofer-Leitprojekt NeurOSmart. Abgerufen von https://www.neurosmart.fraunhofer.de/ - Fraunhofer IMS. (n.d.). NeurOSmart - Fraunhofer IMS. Abgerufen von https://www.ims.fraunhofer.de/de/Geschaeftsfeld/Industry/Vertrauenswuerdige-Elektronik/NeurOSmart.html - Fraunhofer-Zukunftsfabrik. (2022, November 23). Projekt NeurOSmart – Sensorsysteme lernen zu denken. Abgerufen von https://www.fraunhofer-zukunftsfabrik.de/projekt-neurosmart-sensorsysteme-lernen-zu-denken/ - Heise Online. (2026, March 3). Fraunhofer: NeurOSmart ermöglicht sichere Kollaboration von Mensch und Maschine. Abgerufen von https://www.heise.de/news/Fraunhofer-NeurOSmart-ermoeglicht-sichere-Kollaboration-von-Mensch-und-Maschine-11197043.html - IDW Online. (2026, March 2). Perfect Human-Machine Collaboration With NeurOSmart. Abgerufen von https://idw-online.de/en/news866833