Photonik für die digital vernetzte Welt

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

Einreichungsfrist: 30.Juni 2021

Gefördert werden dazu industriegeführte, vorwettbewerbliche Verbundprojekte, die zu völlig neuen oder wesentlich verbesserten technischen Systemlösungen im Bereich der latenzarmen optischen Kontrolle und dynamischen ­Prozessteuerung führen und einen konkreten Anwendungsbezug aufweisen. Für eine Lösung ist in der Regel inter- und multidisziplinäres Vorgehen und eine enge Zusammenarbeit unterschiedlicher Unternehmen und Forschungseinrichtungen erforderlich.

Im Mittelpunkt der geförderten Arbeiten stehen bislang ungelöste Herausforderungen der latenzarmen und echtzeitfähigen Bereitstellung und Nutzung optisch erfasster Informationen.

An die zu fördernden Projekte werden folgende Anforderungen gestellt:

• Die Projekte müssen eine klar definierte Aufgabenstellung sowie konkret spezifizierte Ziele aufweisen, so dass eine Erfolgskotrolle nach Abschluss der Arbeiten möglich ist.
• Die Forschungsarbeiten müssen im Rahmen von Verbundprojekten durchgeführt werden. Die Koordination der Verbundprojekte muss durch einen Industriepartner erfolgen. Um Zulieferketten abzusichern und die Breitenwirksamkeit der Fördermaßnahme sicherzustellen, wird dabei eine starke Einbindung des Mittelstands in die Verbundprojekte angestrebt.
• Gegenstand der Projekte sollen Forschungsarbeiten sein, die die gesamte Kette von den technologischen Grundlagen bis zur Anwendung adressieren. Dies soll den gesamtheitlichen Ansatz der zu erforschenden Lösungen sicherstellen.
• Die Reduktion der Latenz bei der Bereitstellung notwendiger Information auf der Basis optischer Sensoren zur Realisierung dynamischer und/oder echtzeitfähiger Kontrollsysteme muss die zentrale Herausforderung der Projekte sein. Es wird zudem erwartet, dass die Feedback-Schleife innerhalb des Verbundprojekts vollständig abgebildet und demonstriert 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 ihn nicht aktiv steuern.
• Arbeiten zur Algorithmik für die Datenauswertung müssen einen konkreten Lösungsansatz verfolgen. Dieser ist bereits in der Projektskizze darzulegen. Der unspezifische Verweis, dass beispielsweise Künstliche Intelligenz um Einsatz kommt, genügt hier nicht.
• Ein Endanwender der angestrebten Lösung ist mit eigenem Arbeitsplan mindestens assoziiert in das Konsortium einzubinden.
• Wichtigster Erfolgsindikator dieser Maßnahme ist die Umsetzung der erarbeiteten Forschungsergebnisse im Rahmen der an das Projekt anschließenden Umsetzung des Verwertungsplans. Daher müssen die Projekte auf einen deutlichen Fortschritt gegenüber dem Stand der Technik gerichtet sein und für die im Fall erfolgreicher Forschungsarbeiten erreichten Ergebnisse eine konkrete Verwertungsperspektive aufweisen.

Bei der Realisierung latenzarmer optischer Systeme zur Steuerung, Regelung oder Kontrolle dynamischer Vorgänge bestehen einerseits Herausforderungen bei der Entwicklung neuer Hardware und optischer Verfahren, die bewusst so wenig Informationen wie möglich sammeln. Andererseits besteht auch Handlungsbedarf bei der Erforschung geeigneter Datenverarbeitungs-Lösungen, die beispielsweise auf Methoden des maschinellen Lernens, neuronaler Netze, hochgradiger Parallelisierung oder Complex Event Processing (CEP) beruhen. Für die nötige Echtzeitfähigkeit der Systeme sind in diesem Zusammenhang auch Ansätze zur schnellen Übertragung von Sensordaten und zur sensornahen Daten(vor)verarbeitung gefragt. Die zeitkritische Nutzung der Daten muss dabei ebenso berücksichtigt werden. Zur Erweiterung der optischen Fähigkeiten können auch multimodale Ansätze und Informationsfusion einbezogen werden, sofern dies einen Mehrwert hinsichtlich der Informationsqualität und der Verarbeitungsgeschwindigkeit liefert.

Die geförderten Verbundprojekte sollen eingebettet in die geschlossene Feedback-Schleife Lösungen u. a. in folgenden Bereichen erarbeiten:

• Dateneffiziente optische Sensorsysteme bis hin zu optischen Sensorikkonzepten, die eine vollständige Bilderkennung und -analyse ersetzen können
• Compressed Sensing
• Embedded Vision
• Latenzreduzierte integrierte Systeme mit enger Verzahnung zwischen optischen und elektronischen Funktionsebenen
• Elektronik und Algorithmik für die (intelligente) schnelle Signalverarbeitung sowohl auf der Sensorebene als auch nachgelagert
• Ganzheitliche Simulation zur Identifikation problemangepasster Lösungen
• (multimodale) Multisensorsysteme und Informationsfusion
• Hybride Sensoren
• Effiziente Systeme für die 2D/3D Mustererkennung und die Orientierung im Raum
• Automatisierte Erfassung, Verarbeitung und Interpretation komplexer Systemzustände und dynamischer Vorgänge und Antizipation zukünftiger Veränderungen
• Selbstlernende Systeme zur kontinuierlichen Verbesserung der Erkennungsraten und Beschleunigung der Informationsgewinnung
• Energieeffiziente Konzepte, die einen mobilen und/oder autarken Einsatz der optischen Erfassung erlauben
• Kompakte, mobile Kontroll- und Inspektionssysteme mit schneller (Problem-)Erfassung und Informationsnutzung

Diese Aufzählung ist nicht abschließend, sondern beispielhaft zu verstehen. Charakteristisch für alle Vorhaben soll sein, dass sie bestimmte Anwendungen in industriellen oder gesellschaftlichen Prozessen in den Mittelpunkt stellen und von dort ausgehend die Spezifikationen für das photonische System und den rückgekoppelten Regelkreis, sowie die zu lösenden Forschungs- und Entwicklungs-Probleme ableiten. Die Eignung des gewählten Lösungsansatzes ist zum Projektende anhand einer konkreten Anwendung zu demonstrieren.

Denkbare Anwendungen liegen bspw. in folgenden Bereichen:

• Industrielle Produktion
• (Intra-)Logistik
• Landwirtschaft
• Labor- und Medizintechnik
• Assistenzsysteme zur Unterstützung von Menschen bei ihren Aufgaben, von der Anlagenwartung bis zum Einsatz im OP
• (teil-)autonom agierende Fahrzeuge und Systeme wie kollaborative Roboter
• Verkehrsflusserfassung und -steuerung
• Anonymisierte Personenerfassung, beispielsweise zur Besuchersteuerung oder zur Reaktion auf Kundenaktivitäten

Antragsberechtigt sind Unternehmen der gewerblichen Wirtschaft sowie Hochschulen und außeruniversitäre Forschungseinrichtungen.

Die Zuwendungen werden im Wege der Projektförderung als nicht rückzahlbarer Zuschuss gewährt. Die Eigenbeteiligung umfasst mindestens 50 % der entstehenden zuwendungsfähigen Kosten. Für KMU kann jedoch auch eine geringere Eigenbeteiligung als angemessen bewertet werden.

Bei der Berechnung der Verbundförderquote von maximal 50 % bzw. 60 % sind die in den Aufwendungen von Hochschulen enthaltenen Projektpauschalen einzubeziehen.

Sonstige Zuwendungsbestimmungen: Wenn der Zuwendungsempfänger seine aus dem Forschungsvorhaben resultierenden Ergebnisse als Beitrag in einer wissenschaftlichen Zeitschrift veröffentlicht, so soll dies so erfolgen, dass der Öffentlichkeit der unentgeltliche elektronische Zugriff auf den Beitrag möglich ist.

Mit der Abwicklung der Fördermaßnahme hat das BMBF den Projektträger VDI Technologiezentrum GmbH beauftragt.
Das Antragsverfahren ist zweistufig. Die Vorlage der Projektskizzen muss bis spätestens 30. Juni 2021 erfolgen.