Künstliche Intelligenz in bemannten/unbemannten Flugsystemen

8 Januar 2020

Flugzeug und Computer, die zwei vielleicht wichtigsten Erfindungen des 20. Jahrhunderts, bewegen sich derzeit rasant aufeinander zu. Unbemannte Luftfahrzeuge (UAV) werden in Zukunft eine immer größere Rolle in vielen Bereichen der hochtechnisierten Gesellschaft spielen. Spektakuläre Erfolge der Künstlichen Intelligenz (KI) lenken die gesellschaftliche, politische und mediale Aufmerksamkeit auf diesen Zweig der Computerwissenschaften.

Autor: Prof. Axel Schulte

Im UAV befindet sich kein Pilot mehr an Bord. Dennoch werden dort kognitive Fähigkeiten wie Wahrnehmen, Planen und Entscheiden benötigt. Was läge also näher als diese Fähigkeiten durch KI zur Verfügung zu stellen? Bevor diese Frage qualifiziert beantwortet werden kann, sollte mit ein paar Mythen aufgeräumt werden:

1. Künstliche Intelligenz ist weit davon entfernt, den menschlichen Geist umfassend zu übertrumpfen. Darüber darf auch nicht hinwegtäuschen, dass hochspezialisierte Algorithmen Weltmeister im Brettspiel besiegen können, wie unlängst mit AlphaGo gezeigt. Aber kann dieselbe KI ein Flugzeug führen? Sicher nicht! UAV-Missionen finden in einer hochgradig unvorhersehbaren, sich dynamisch verändernden Umwelt statt. Anders als im Brettspiel, haben physikalische Randbedingungen erheblichen Einfluss auf Entscheidungen. Die Vorstellung der Substitution des Piloten durch einen KI-Agenten ist naiv.
2. Autonome Systeme tun nicht, was sie wollen, sie tun, was sie sollen. Ein autonomes Fahrzeug entscheidet nicht selbst, wohin es fährt, sondern es führt einen vom Menschen gegeben Fahrauftrag aus. Innerhalb dieses Auftrags bewegt es sich in einem, vom Menschen definierten Handlungsspielraum, mit dem Ziel hochautomatisiert Fahrsicherheit zu wahren. Für echte Autonomie im gesellschaftswissenschaftlichen Sinne wäre Willensfreiheit zu fordern. Es gibt gute, nicht nur ethische Gründe, die dagegensprechen, insbesondere, wenn wir an militärische UAV denken.

Auf dieser Basis arbeitet die Professur für Flugmechanik/Flugführung an der Fakultät für Luft- und Raumfahrttechnik am Teaming zwischen Piloten und KI-basierten Agenten in Flugmissionen. UAVs werden dabei durch Piloten an Bord bemannter Flugzeuge geführt. Dies bedingt die Bewältigung von hohen Arbeitsanforderungen für die Besatzung. Hierfür untersucht die Professur unterschiedliche Konzepte für das Zusammenwirken von Mensch und KI-Agent:

1. Hierbei delegiert der Pilot Missionsaufgaben an einen Agenten an Bord der UAV. Der Agent verfügt über die notwendige KI, die gegebenen Aufträge auszuführen.
2. Hierbei wird dem Piloten ein KI-Agent als digitaler Co-Pilot an die Seite gestellt. Dieser beobachtet den mentalen Zustand des Menschen, z.B. durch Blickbewegungsmessung (siehe Titelbild), und trägt zur Vermeidung oder Korrektur menschlicher Fehlleistungen bei.

Dadurch werden die Missionsleistungen verbessert und die Sicherheit erhöht.

Die Konzepte sind in Form von Labor-Prototypen voll funktionsfähig implementiert. Die Validierung erfolgt in „Human-in-the-Loop“ Experimenten in der virtuellen Cockpitsimulation (siehe Bild 2).

^{Bild 2: „Human-in-the-Loop“ Experimenten in der virtuellen Cockpitsimulation (© Prof. Axel Schulte)}

Auch für das neue europäische Kampfflugzeugsystem FCAS zeichnet sich derzeit eine intensive Nutzung der entwickelten Konzepte ab. In diesem deutsch-französischen Entwicklungsvorhaben wird die Konzeptionierung eines bemannten „Command Fighters“ angedacht, der die Missionsführung für eine größere Anzahl von UAV übernehmen soll. Methoden aus dem Bereich der KI werden hier eine entscheidende Rolle spielen. Die Professur für Flugmechanik und Flugführung leistet dazu schon jetzt signifikante Beiträge.

Mit dem Ziel der Industrialisierung der Konzepte wurde die HAT.tec GmbH als Spin-off der Professur gegründet. Zur Ausweitung der Forschungsaktivitäten wird an der Universität das Forschungszentrum MARC („Military Aviation Research Center“) eingerichtet.

^{Titelbild und Text: © Prof. Axel Schulte}