Entwurfsparadigmen für gesellschaftsumspannende cyberphysische Systeme

• Antragsteller: Professor Dr. Werner Damm; Professor Dr. Martin Fränzle; Professor Dr. Frank Köster; Professor Dr. Sebastian Lehnhoff; Dr. Andreas Lüdtke; Professor Dr. Alexander Pretschner; Professor Dr. Jochem Rieger
• Fachliche Zuordnung: Bild- und Sprachverarbeitung, Computergraphik und Visualisierung, Human Computer Interaction, Ubiquitous und Wearable Computing ; Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik ; Kognitive und systemische Humanneurowissenschaften ; Sicherheit und Verlässlichkeit, Betriebs-, Kommunikations- und verteilte Systeme
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 392437295

In Zusammenarbeit mit seinen amerikanischen Partnern zielt das Projekt auf eine verläßliche Methodik um gesellschaftliche Spannungen im Zusammenhang mit cyberphysischen Mensch-Machine-Systemen (human-cyber-physical system, H-CPS) abzubauen. H-CPS binden Menschen eng in die Rückkopplungsschleifen des zu Grunde liegenden cyber-physischen Systems ein und stellen mithin eine natürliche Erweiterung von cyber-physischen Systemen in den soziotechnischen Bereich dar. Die enge, stetig wachsende Vernetzung des Menschen mit Sensoren, Aktuatoren und Computern in unserer physischen Umwelt ermöglicht völlig neue Formen autonomer technischer Systeme, in denen Teilaufgaben der Systemüberwachung und -führung dynamisch zwischen Mensch und Maschine verlagert werden können. Die gleichzeitige Einbindung in Plattformen wie dem Internet der Dinge, lässt diese anwachsen zu Systemen, welche alle Zweige der Gesellschaft umspannenen. Daraus resultieren zu Recht gesellschaftlichen Befürchtungen bezüglich individueller wie gesellschaftlicher Kontrollierbarkeit, Sicherheit, Schutz der Privatsphäre sowie Widerstandsfähigkeit gegen unvorhersehbare Störfälle, denen das Projekt durch geeigneten Entwurfs- und Analysemethoden Rechnung trägt. Da diese Befürchtungen wie auch die Präferenzen bezüglich maßglicher Gegenmassnahmen einer starken gesellschaftlichen wie situativen Variabilität unterliegen, sollten H-CPS zudem bei Installation wie auch zur Laufzeit durch ihren jeweiligen gesellschaftlichen Kontext parametrisierbar sein und auf diesen adaptiv reagieren. Die transatlantischen Projektpartner widmen sich dem Ziel, eine strenge Methodik für den Entwurf und Einsatz derart kontextsensitiver H-CPS von gesellschaftsumspannender Größenordnung zu entwickeln. Die gemeinsame Grundlagenforschung adressiert die zielgerichteten Entwicklung geeigneter Anreizsysteme, die Architektursynthese, sowie die Konfliktresolution und -überwachung im laufenden System. Zu diesem Gesamtziel tragen die Projektaktivitäten der in diesem Projekt vereinten deutschen Partner grundlegende Forschung in drei Teilbereichen bei: (1) Studien mit Menschen im simulierten Regelkreis gesellschaftsumspannender H-CPS mit den Zielsetzungen der Identifikation transatlantischer Unterschiede, der Begründung und Modellierung unterliegender kognitiver Prozesse sowie Untersuchungen zur Wirksamkeit von Anreizsystemen; (2) Entwicklung formaler Modelle und Anforderungsbeschreibungsprachen, welche die Erfassung kontextueller und situativer Präferenzen in gesellschaftsumspannenden H-CPS sowie eine Algorithmisierung optimaler Konfliktresolution gestatten; (3) Laufzeitmechanismen der Systembeobachtung und Protokollierung zwecks Zuordnung von Haftbarkeit unter Wahrung der Systemintegrität und rechtlicher Rahmenbedingungen. Diese Forschungen bilden wesentliche Beiträge zur gemeinsam von den transatlantischen Partnern verfolgten Entwicklung einer systematischen und zielgerichteten Entwurfsmethodik für H-CPS gesellschaftsumspannender Größe.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: USA
• Partnerorganisation: National Science Foundation (NSF)
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Professor David Hess, Ph.D.; Professor Xenofon Koutsoukos, Ph.D.; Professor S. Shankar Sastry, Ph.D.; Professor Janos Sztipanovits, Ph.D.; Professorin Claire J. Tomlin