Die Technik lernt aus der Natur - neuronale Netze Bild: CC0

Neuronale Netze – Die Technik lernt aus der Natur

Der Begriff Bionik setzt sich zusammen aus den Begriffen Biologie und Technik. Bionik beschreibt das Lernen und die Nachahmung von natürlichen Vorgängen durch die Technik. Forscher schauen sich bewährte Methoden aus der Natur ab und nutzen diese für innovative Techniken. Nicht nur stoffliches Wissen und dessen Übertragung in die Technik ist Gegenstand der Bionik, auch Funktionsweisen und dahinterliegende Grundprinzipien finden sich in bionischen Anwendungen wieder.

Beispiele aus der Bionik, die wir im Alltag benutzen, gibt es etliche und sie erstrecken sich über Anwendungsbereiche wie Konstruktionstechnik, Oberflächen, Robotik, Fortbewegungsmöglichkeiten, Optimierungsverfahren, Materialien sowie Sensorik und Kommunikation.

Das menschliche Gehirn als Vorbild

Neuronale Netzwerke bestimmen unser menschliches Gehirn. Sie beinhalten eine riesige Anzahl an Nervenzellen (Neuronen), die sich im Verlauf der Gehirnentwicklung immer weiter vermehren und sich untereinander vernetzen. Dadurch entstehen intelligente Verbindungen, sogenannte neuronale Netzwerke. Die Funktionsweise der Vernetzung von Neuronen wird bei künstlichen neuronalen Netzen auf mathematische Rechenmodelle übertragen und die biologischen Netze dabei als informationsverarbeitende Systeme nachgeahmt.

Sowohl für natürliche als auch für künstliche neuronale Netze treffen ähnliche typischen Eigenschaften zu. Beide können komplexe Muster erlernen, ohne die dafür zugrunde liegenden Regeln und Gesetze zu kennen. Sie folgen in ihrer Funktionsweise einer Intelligenz, die keiner verifizierbaren Logik folgt. Der Nachteil ist, dass aus neuronalen Netzen auch im Nachhinein keine Logik identifiziert werden kann, die einen Lernerfolg erklären könnte. Erst nach jahrelangem Training sind neuronale Netzwerke fähig, logische und klare Regeln zu erlernen und anzuwenden. Sie lernen implizit – quasi learning by doing.

Künstliche Neuronale Netze

Künstliche neuronale Netze sind mathematische Strukturen, die den biologischen neuronalen Netzwerken ähneln. Sie bestehen aus sogenannten Modellneuronen und Kopplungsstellen, auch Synapsen genannt. Diese beiden Einheiten stehen miteinander in Wechselwirkung. Die Bestimmung der Synapsenstärke läuft über einen numerischen Wert. Dieser Wert stellt das Verbindungsgewicht dar. Im Bereich von Optimierungsverfahren werden heutzutage bereits künstliche neuronale Netze eingesetzt.

Künstliche Neuronale Netze in der Praxis

Heutzutage werden intelligente neuronale Netze beispielsweise beim Betrieb von Maschinen eingesetzt. Diese Maschinen übertragen Daten im Bedarfsfall selbständig an weitere vorher definierte Stellen. Sie können frühzeitige Verschleiß-Aktivitäten erkennen und helfen so, einem potenziellen Ausfall der Maschine vorzubeugen.

Auch in Fahrzeugen werden künstliche neuronale Netze eingesetzt. Autonomes Fahren kann nur durch künstliche Intelligenz (KI) sicher umgesetzt werden. Das Auto lernt über einen Szenarienkatalog zu manövrieren. Es lernt, was es bei der Fahrt als Hindernis einzuordnen hat und orientiert sich dabei über eingebaute Sensoren. Bilderkennungsverfahren ermöglichen den Transfer vom “Gesichteten” zur Verarbeitung im künstlichen neuronalen Netz des Fahrzeugs. Das gesichtete Hindernis wird abstrahiert und rechnerisch verbildlicht, dadurch kann das Fahrzeug die Gefahr anhand bereits erlernter Szenarien abschätzen und entsprechend manövrieren.

Cybersicherheit von Bionik Anwendungen

Künstliche neuronale Netze funktionieren gut, wenn man sie in Ruhe lässt. Was aber geschieht, wenn Angreifer sie von außen manipulieren oder mit krimineller Absicht lahmlegen?

Sowohl im Bereich des autonomen Fahrens als auch in der Medizintechnik ist Security eine elementare Schlüsselfunktion für die Zukunftschancen der eingesetzten innovativen Technologien. Automobilhersteller und -zulieferer haben die Dringlichkeit bereits erkannt und Cyber-Security Unternehmen an Bord geholt. Es braucht in der breiten Öffentlichkeit wohl aber noch weitere kriminelle Hacker-Angriffe um Automotive Cyber-Security generell als Schlüsselfunktion bei der Anwendung innovativer vernetzter technologischer Lösungen anzuerkennen. Eine Security Lösung sollte immer ganzheitlich für den kompletten Lebenszyklus gedacht und im Idealfall von Anfang an, also schon im Produktentwicklungsprozess, integriert werden. Technische Innovationen gibt es heute nur noch durch intelligente Vernetzung, Informationsfluss und Datentransfer. Sobald ein Produkt im Internet of Things vernetzt ist, ist es auch anfällig für Cyber-Angriffe. Vernetzte Produkte sollten daher immer mit Cyber Security “gedacht” werden.

Interessieren Sie sich für den technischen Fortschritt und die Entwicklung von KI, insbesondere im Bereich von Mobility-Themen, kontaktieren Sie unsere Experten. Wir von Magility beraten Sie gerne zum Thema Cyber Security und zeigen Ihnen, wie Sie Sicherheit zum entscheidenden Wettbewerbsvorteil machen.

 

Brain-Computer-Interfaces, KI und Androiden

Brain-Computer-Interfaces – Behalten wir die Oberhand?

Die Art und Weise wie der Nutzer in Zukunft mit Computern kommunizieren wird, steht vor einem großen Umbruch. Nach Tastaturen, Mäusen, Touchscreens, Gesten- und Stimmerkennung, setzt die Avantgarde der Computer Forschung auf sogenannte Brain-Computer-Interfaces (BCI’s). Die neuartigen Schnittstellen sollen es dem Nutzer erlauben, komplexer werdende Anwendungen direkt mit der Kraft der Gedanken zu steuern. Hintergrund der Entwicklung ist die Erfindung immer leistungsfähigerer künstlicher Intelligenzen (KI).

Was sind Brain-Computer-Interfaces?

Brain-Computer-Interfaces (BCI’s) sind Schnittstellen zwischen Gehirn und Computer. Die Gedankenkraft wird dabei übersetzt in digitale Eingabebefehle. Die Messung der Hirnströme kann auf zwei Arten stattfinden: nichtinvasiv und invasiv. Bei der ersten Methode wird über Elektroden die Hirnaktivität auf der Kopfhaut gemessen. Ein Nachteil liegt dabei in der Ungenauigkeit der Messergebnisse. Bei der zweiten, der invasiven Methode, wird mit einer kleinen Elektrode direkt im Gehirn gemessen. Diese Methode ermöglicht weitaus präzisere Messungen unserer Hirnaktivität und Elon Musk scheut nicht davor zurück, einen minimalinvasiven Eingriff zu präferieren. Das von ihm erst 2016 mitbegründete Unternehmen Neuralink will hierzu schon bald ein revolutionäres Produkt vorstellen.

Cyborg oder Android – Welches Konzept gewinnt die Zukunft?

Unter einem Cyborg versteht man einen Menschen, der durch technologische Erweiterungen seine Möglichkeiten erhöht. Bereits heute gibt es Prothesen oder Hör- und Sehhilfen, die erste Schritte in diese Richtung beweisen. Es muss dabei aber nicht lediglich darum gehen, körperlich eingeschränkten Personen Hilfe zu verschaffen. Die technologische Entwicklung wird auch dazu genutzt werden einen unbeeinträchtigten Menschen zu verbessern. Ein Exoskelett lässt einen Querschnittsgelähmten wieder gehen oder verleiht einem ‚Gesunden‘ übermenschliche Kraft und Ausdauer. Auch die Verwendung eines Implantats, das ein Gehirn mit einem Computer kommunizieren lässt, macht einen Menschen zu einem Cyborg. Unter einem Androiden hingegen versteht man eine möglichst menschenähnliche Maschine, wie etwa der aus dem Film Terminator bekannte Roboter und die Figur Data aus der Serie Star Trek. Wirft man einen Blick auf die Roboter des Unternehmens Boston Dynamics, wird leicht erkennbar wie nah sich Science-Fiction und aktuelle Realität bereits sind.

Menschmaschine vs. Maschinenmensch

Zwei Entwicklungen stehen sich gegenüber: die technologische Erweiterung des Biomenschen auf der einen Seite, und die Vermenschlichung von Robotern. Welcher Entwicklungsstrang die Bedeutungshoheit in Zukunft erlangen wird, kann noch nicht vorhergesehen werden. Aber Pioniere dieser Entwicklung, wie etwa Elon Musk, sehen die Herausforderung darin, dass künstliche Intelligenzen zukünftig die Intelligenz der Menschheit überragen werden. Damit aus dieser Entwicklung keine substanzielle Gefahr für unsere Spezies entsteht, empfiehlt Musk die Verbindung von menschlichem Gehirn und Künstlicher Intelligenz. Nur wenn wir mit der technologischen Entwicklung integrativ mit wachsen und selbst den digitalen Raum betreten, können wir dieser Ansicht nach künftige KIs unter Kontrolle halten.

Sind wir in Gefahr?

Was würde passieren wenn BCIs oder die Server auf denen die Interaktionen stattfinden Ziel eines Cyber-Angriffs und gehackt werden? Nicht nur von Menschen erstellte Informationen könnten zum Vorteil des Angreifers entwendet werden, im schlimmsten Fall würde eine digitalisierte Seele komplett gelöscht oder so verändert, dass ihre ursprüngliche Identität verloren ginge. Viele Fragen bleiben hier noch unbeantwortet. Wenn es etwa einem Bürger, welcher interaktiv mit einem BMI vernetzt ist, immer noch erlaubt wäre im Demokratieprozess zu wählen, wie stellt man dann sicher, dass seine Stimme nicht durch Hackerangriffe manipuliert wurde und wie bewertet man diese Stimme? Bei allen technologischen Herausforderungen werden die damit verbundenen ethischen Fragen und deren soziale Umsetzung uns noch lange mindestens genauso beschäftigen.

Was bedeutet das für die Mobilität der Zukunft?

Die oben angeführten Entwicklungen werden vielfältige Einflüsse auf unser Verständnis von Mobilität ausüben. Durch weiterentwickelte Brain-Computer-Interfaces könnten wir uns in einen Androiden einklinken und ihn steuern, als wäre er unser eigener Körper. Statt tatsächlich physisch an einen weit entfernten Ort zu reisen, könnten wir so z.B. die Steuerung eines Arbeitsroboters von unserem momentanen Standort aus übernehmen und Aufgaben an jedem Ort der Welt erledigen lassen.

Sind Sie am technologischen Fortschritt interessiert und möchten ihr Unternehmen daran profitieren lassen? Wir beraten Sie gerne, wie Sie neue Technologien sicher für sich nutzen.  Nehmen Sie Kontakt zu einem unserer Berater auf und wir gestalten gemeinsam mit Ihnen eine “cyber-sichere” und gleichzeitig innovative Zukunft.