Technologien und Innovatoren für die Mobilität der Zukunft

Grundlagen für Spitzenforschung

Die Mobilitätsindustrie durchläuft eine tiefgreifende Transformation, die sowohl die Mobilitätssysteme als auch ihre Produktion betrifft. Integration, Erweiterbarkeit und somit die vorausschauende Entwicklung von Softwarefunktionen, -services und -prozessen werden zunehmend die entscheidenden Faktoren. Um diesen Wandel aktiv zu gestalten, haben das Karlsruher Institut für Technologie und die Universität Stuttgart gefördert vom Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst Baden-Württemberg 2019 den InnovationsCampus Mobilität der Zukunft eingerichtet. Der ICM und seine Partner füllen ihre Rolle als Transformationsgestalter auf zwei Ebenen aus. Mit vier Professuren, fünf Junior-Professuren, vier Nachwuchsgruppen und mehr als 20 Zukunftslaboren ermöglichen sie einerseits die Stellen und die Infrastruktur zur Erforschung softwaregestützter Technologien und Systeme für Mobilitäts- und Produktionsanwendungen. Diese sind inhaltlich längst der Kern der Initiative. "Mit Software-defined Mobility, Software-defined Manufacturing und Manufacturing for Mobility stellen die Schnittstellen zwischen den ursprünglichen Forschungsfeldern den Fokus der Forschung im ICM dar", erklärt ICM-Geschäftsführerin Dr.-Ing. Sandra Kauffmann-Weiß vom Karlsruher Institut für Technologie.

Softwaregestützte Technologien sind die Basis einer effizienten, sicheren und hochautomatischen Mobilität und der adaptiven und selbstlernenden Produktion der Zukunft. Welche Potenziale damit ausgeschöpft werden können, zeigen beispielhaft drei am ICM-Tag vorgestellte Projekte. Durch die Auslagerung von nicht sicherheitsrelevanten Funktionen wie der Klima-, Heizungs- und Lüftungssteuerung in eine Cloud, steigerten die Forschenden im Projekt OTrace die Energieeffizienz und damit die Reichweite von elektronischen Stadtbussen um 20 Kilometer pro Umlauf. Im Projekt SWUpCar wurde eine modulare und standardisierte Softwarearchitektur entwickelt, die eine einfache Integration neuer Hardwarekomponenten und Softwarefunktionen ermöglicht. Die Projektpartner schaffen damit die Grundlagen für die vorausschauende Entwicklung Upgrade-fähiger Fahrzeuge und die Reduzierung elektronischer Steuereinheiten. Dass Künstliche Intelligenz Maschinen dazu befähigt, hochkomplexe manuelle Aufgaben zu übernehmen und damit den Fachkräftemangel abzufedern, beweist der Demonstrator aus dem Projekt RoboCable. Der Roboter detektiert Steckerpositionen exakt und montiert daran selbstständig unsortierte Kabelstränge. Es ist ein erster Schritt hin zu einer vollautomatischen Montage der Kabelbäume in der Mobilitätsindustrie und anderen Produktionsbereichen.

Nachwuchsförderung ermöglicht Innovationen der Zukunft

Die Zahl der Menschen im erwerbsfähigen Alter wird laut Bundeswirtschaftsministerium deutschlandweit bis 2035 je nach Zuwanderung um 1,6 bis 4,8 Millionen sinken. Auch die im ICM beteiligten Wissenschaftsdisziplinen konkurrieren deshalb zunehmend um Fachkräfte und müssen den Nachwuchs aktiv ansprechen. Genau dieses Ziel verfolgt eines der jüngsten Projektformate des ICM. "Mit unseren mobilen Forschungslaboren wollen wir schon Schülerinnen und Schüler, aber auch Studierende für die verschiedenen MINT-Fächer begeistern", sagt Maike Schwammberger, ICM-Junior-Professorin am KIT und verantwortlich für die Forschungsgruppe Modellierung und Analyse im Mobility Software Engineering. Die Einsatzorte der mobilen Forschungslabore sind Klassenzimmer, Pausenhöfe, Studien- und Berufsorientierungsmessen, Projekttage, Schülerworkshops, Science-Kurse oder Veranstaltungen wie TryScience und der Girls‘ Day. Am ICM-Tag steuern Wissenschaftlerinnen, Wissenschaftler und Gäste des ICM unter anderem den mobilen Prüfstand aus dem Projekt MOVER Lab an oder testen und optimieren die Algorithmen der kleinen autonomen Roboterautos, die Teil von Maike Schwammbergers mobilem Forschungslabor AMASE2RC sind.

"Junge kreative Menschen sind wichtige Innovationstreiber. Deshalb unterstützt der ICM junge Forschende frühzeitig dabei, aus ihren Ideen eigenständig Bottom-Up-Projekte zu relevanten Technologien zu entwickeln", erklärt Sandra Kauffmann-Weiß. Das Format ist offen für grundlagenorientierte und risikobehaftete Forschungsansätze oder für Transferprojekte. Denn Innovationen entstehen erst, wenn es gelingt Spitzenforschung in reale Anwendungen zu verwandeln, so wie es Jannis Noeren und Lukas Elbracht am Institut für Elektrische Energiewandlung der Universität Stuttgart gelungen ist. Die beiden haben ein System zum dynamischen Laden von Flurförderfahrzeugen entwickelt, das Stillstandszeiten deutlich reduziert und die Lebensdauer der Akkus erhöht. Das "Betriebsgeheimnis" ist die optimale Auslegung des Zusammenspiels von induktivem Laden während der Fahrt und gezielten Ladestopps während Phasen ohne Transportaufträge. Im Rahmen des Transfer-Bottom-Up-Projekts DynaCharge konnten die beiden Forscher einen Demonstrator ohne induktive Ladezonen konstruieren, die in den Boden eingelassen werden müssen. Er lässt sich deshalb schnell in bestehende Logistik-Infrastrukturen integrieren und einfach umbauen. Das System ist der technologische Grundstein der von Noeren, Elbracht und drei Partnern im Sommer 2024 gegründeten AMPLINK GmbH. Sie ist das erste Start-up aus dem universitären Umfeld, dem die Teilnahme am ICM Early Ride Program und ein ICM-Projekt den Weg zur offiziellen Unternehmensgründung geebnet haben.