Fördermaßnahme: Photonik für die digital vernetzte Welt – schnelle optische Kontrolle dynamischer Vorgänge, Laufzeit 20.04.2021 - 30.06.2021

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) beabsichtigt, das Themenfeld „Photonik für die digital vernetzte Welt Schnelle optische Kontrolle dynamischer Vorgänge“ auf der Grundlage des Programms „Photonik Forschung Deutschland“ zu fördern. Mit der schnellen Umwandlung optisch erfasster Daten in nutzbare Informationen liefert die Photonik eine wichtige Schnittstelle für die Digitalisierung der analogen Welt. Das BMBF leistet damit einen Beitrag zur Umsetzung der Hightech-Strategie der Bundesregierung durch den Ausbau der technologischen Basis und die Sicherung der technologischen Souveränität Deutschlands.

Mit der Fördermaßnahme verfolgt das BMBF das Ziel, den Transfer innovativer Forschungsergebnisse auf dem Gebiet der Schlüsseltechnologie Photonik zu unterstützen und damit wichtige Beiträge für Innovationskraft und Wettbewerbsfähigkeit sowie für die Bewältigung gesellschaftlicher Herausforderungen in den Bereichen Gesundheit, Digitalisierung und Nachhaltigkeit zu leisten.

Bekanntmachung

Photonik für die digital vernetzte Welt – schnelle optische Kontrolle dynamischer Vorgänge

Förderziel und Zuwendungszweck

LKW oder Schilderbrücke, ein Mensch oder sein Schatten – das Zusammenspiel von optischer Sensorik und einer echtzeitfähigen Datenverarbeitung mit geringer Latenz ist der Schlüssel für eine automatisierte und zuverlässige Erfassung und Interpretation von Vorgängen und Umgebungen. Insbesondere bei komplexen und/oder dynamischen Situationen besteht Forschungsbedarf.

Die optische Sensorik ist in der Lage, solche Situationen und Vorgänge hochdynamisch zu erfassen. Zumeist werden dabei bildgebende Verfahren genutzt, die in der Lage sind, immer detailliertere Informationen zu erfassen. Dies geht einher mit großen Datenmengen, die eine aufwendige Auswertung (leistungsfähige Hardware, lange Rechenzeiten) erfordern, um nutzbare Informationen oder Handlungsanweisungen zu erlangen. Bei vielen Anwendungen ist die schnelle Bereitstellung und Klassifizierung der notwendigen Informationen eine kritische Herausforderung, um beispielsweise die Echtzeitfähigkeit im Sinne des zuverlässigen Vorliegens eines Ergebnisses innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne sicher zu stellen. Um dies zu erreichen, muss ein besonderer Fokus auf die Reduktion von Latenzen bei der Datenauswertung gelegt werden. Die gleichzeitige Reduktion der Hardware-Anforderungen erweitert den Einsatzbereich solcher Systeme und ermöglicht letztlich die Realisierung eines Internet of Things, das sehen und verstehen kann.

Im Kontext des Industrial Internet of Things gehören zu den wichtigen Treibern immer strengere Qualitätsvorgaben in Verbindung mit kleiner werdenden Losgrößen. Zunehmend werden Stichproben durch eine 100 %-Kontrolle ersetzt. Produktionsschritte werden lückenlos dokumentiert und sind rückverfolgbar, insbesondere bei sicherheitskritischen Produkten. Physische Produkte erhalten digitale Zwillinge, die sie während ihres gesamten Lebenszyklus begleiten. Neue Geschäftsmodelle produzierender Unternehmen basieren neben der Technologieführung künftig immer häufiger auch auf der Verknüpfung von Maschinen und Services zu sogenannten Smart Products, woraus eine zunehmende Bedeutung einer Remote-Kontrolle von Fertigungsprozessen oder gar vollständig autonom agierender Produktionssysteme resultiert. Machine Vision im Sinne von Sehen und Verstehen ist dabei eine Schlüsselkomponente. Bildverarbeitungssysteme wandeln sich dabei vom Inspektor zum Optimierer. Sie ermöglichen die frühzeitige Erkennung von Trends in Produktionsprozessen, so dass rechtzeitig gegengesteuert werden kann.

Mit dieser Fördermaßnahme sollen photonische Systemlösungen für die Steuerung dynamischer Vorgänge adressiert werden. Betrachtet werden soll dabei das gesamte System, bestehend aus optischer Sensorik (ggf. inkl. Lichtquelle), einer sensorspezifischen schnellen Datenauswertung, der Ausgabe geeigneter Steuerparameter sowie der Nutzung dieser Informationen. Im Zentrum stehen dabei holistische Ansätze, die alle Glieder dieser Kette sowie das Zusammenspiel aus Software und Hardware betrachten.

Die Reduktion der Latenz bei der Bereitstellung notwendiger Information auf der Basis optischer Sensoren muss die zentrale Herausforderung der Projekte sein. Die angestrebten Lösungen ermöglichen dann eine Datenerfassung und Nutzung der resultierenden Informationen entsprechend der spezifischen Echtzeit-Anforderung der jeweiligen Anwendung.

Hierzu sollen einerseits Verfahren entwickelt werden, die die Daten optischer Sensoren schnellstmöglich verarbeiten und auswerten, andererseits sollen Verfahren erforscht werden, die die Menge der erfassten Daten auf das zum Zwecke nötige Minimum beschränken.

Diese Arbeiten können auch die für die Auswertung erforderliche Elektronik und Algorithmik umfassen. Einbezogen werden können dabei auch die optischen Fähigkeiten erweiternde multimodale Ansätze und Informationsfusion, sofern dies einen Mehrwert hinsichtlich der Informationsqualität und der Verarbeitungsgeschwindigkeit liefert.

Es wird erwartet, dass die rückgekoppelte Regelschleife innerhalb des Verbundprojekts vollständig abgebildet und demonstriert wird. Ein Element dieses Regelkreises kann dabei auch der Mensch sein, der beispielsweise von einem Assistenzsystem unterstützt wird.

Da die schnelle Informationsbereitstellung einen Kernaspekt darstellt, sollen ausschließlich dynamische Systeme berücksichtigt werden, also nicht statische oder quasi-statische, bei denen die Sensordaten lediglich in einer Systemwarnung münden oder einen Prozess nur unterbrechen, aber nicht ihn aktiv steuern.

Gefördert werden industriegeführte, vorwettbewerbliche Verbundprojekte, die zu völlig neuen oder wesentlich verbesserten technischen Systemlösungen im Bereich der latenzarmen optischen Kontrolle und dynamischen Prozessteuerung führen.

Kennzeichen der Projekte sollen dabei ein hohes Risiko und eine besondere Komplexität der Forschungsaufgabe sein. Für eine Lösung ist in der Regel inter- und multidisziplinäres Vorgehen und eine enge Zusammenarbeit von Unternehmen und Forschungseinrichtungen erforderlich.

Da Innovations- und Beschäftigungsimpulse gerade auch von Unternehmensgründungen ausgehen, sind solche Gründungen im Anschluss an die Projektförderung des BMBF erwünscht. Der Hightech-Gründerfonds der Bundesregierung bietet hierzu Unterstützung an.

Ohne vorherige schriftliche Zustimmung des BMBF dürfen die Ergebnisse des geförderten Vorhabens nur in der Bundesrepublik Deutschland oder dem Europäischen Wirtschaftsraum und der Schweiz genutzt werden.

Bitte beachten Sie: Dies ist nur ein Auszug aus der Bekanntmachung. Die rechtlich geltende Bekanntmachung finden Sie im amtlichen Teil des Bundesanzeigers.

Ansprechpersonen

Foto: Dr. Jörg Overbeck
Dr. Jörg Overbeck
Koordination Förderprogramm Quantensysteme
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Foto: Dipl.-Phys. Martin Sellhorst
Dipl.-Phys. Martin Sellhorst
Projektträgerschaft Quantensysteme
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