Fortschritte bei cyber-physischen Systemen
Von Stromnetzen bis zu autonomen Fahrzeugen, von Robotik bis Gesundheitsversorgung spielen cyber-physische Systeme eine immer wichtigere Rolle für die Gesellschaft. „Mithilfe der Kombination von physikalischen Prozessen mit Rechenalgorithmen und Sensoren verbinden cyber-physische Systeme die physikalische mit der digitalen Welt und ermöglichen auf diese Weise die Interaktion zwischen Mensch und Maschine“, erklärt Paolo Lollini, außerordentlicher Professor für Mathematik und Informatik an der Universität Florenz. Doch wie jede Technologie funktionieren auch diese Systeme zeitweise nicht wie vorgesehen. Da sie jedoch in die physische Welt – einschließlich kritischer Infrastrukturen – eingebunden sind, könnte jegliche Störung erhebliche Schäden für die Nutzenden und/oder die Umwelt nach sich ziehen. „Cyber-physische Systeme sind oft sicherheitskritische Systeme und müssen daher strengen Verifikations- und Validationsprozessen unterzogen werden, um sicherzustellen, dass sie die Spezifikationen sowie die beabsichtigten Zwecke und Ziele erfüllen können“, fügt Lollini hinzu. Die Arbeit des EU-finanzierten Projekts ADVANCE trägt dazu bei, dies zu gewährleisten.
Cyber-physische Systeme mit Verifikations- und Validationsprozessen verknüpfen
Das Team des im Rahmen der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen unterstützten Projekts entwickelte neue Ansätze zur Unterstützung der Verifikation und Validation cyber-physischer Systeme. „Unser Ziel bestand darin, neu entstehende cyber-physische Technologien mit aktuellen Verifikations- und Validationsprozessen zu vereinen“, sagt Lollini. Zu diesem Zweck konzentrierte sich das Projektteam auf die Definition der Verfahren, die zur Erfassung von Daten über die Eigenschaften eines cyber-physischen Systems wie etwa Zuverlässigkeit, Sicherheit und Schutz erforderlich sind. Diese Arbeit umfasste modellbasierte, experimentelle und hybride Verfahren, die zum Beispiel robuste Tests und Fehlereinstreuung zulassen. Im Zuge des Projekts wurden zudem Verfahren zur Verwaltung und Analyse der gesammelten Verifikations- und Validationsdaten erarbeitet. Diese Arbeit ergab Verfahren zur Verbesserung der Qualität und Produktivität der Datenanalyseaktivitäten, zur Klassifizierung von Softwarefehlern und zur Durchführung sicherheitsrelevanter Analysen. „Die neuen, innerhalb von ADVANCE entwickelten Methoden und Werkzeuge werden die Effizienz und Wirksamkeit der Verifikation und Validation auf dem Markt für cyber-physische Systeme verbessern, zum Wachstum neuer Unternehmen beitragen und europäische Hightech-Unternehmen auf den Weg bringen“, erklärt Lollini. Viele der Projektergebnisse wurden in bedeutenden internationalen Fachzeitschriften veröffentlicht oder auf Konferenzen und Workshops vorgestellt.
Die nächsten Fachleutegeneration für cyber-physische Systeme ausbilden
Zusätzlich zu den innovativen neuen Verfahren zur Verifikation und Validation cyber-physischer Systeme wurden projektintern Schulungen für die nächste Generation von Fachleuten für cyber-physische Systeme bereitgestellt. Dazu zählt die Entwicklung einer Pakets von Ausbildungsmaterialien, die eine einheitliche Perspektive auf die Verifikation und Validation in aktuellen und neu entstehenden cyber-physischen Systemen bieten. Im Rahmen des Projekts wurde außerdem die ADVANCE-Graduiertenschule für Doktorandinnen, Doktoranden und Nachwuchsforschende organisiert. Die mehrtägige Veranstaltung bot einen Überblick über die neuesten Herausforderungen bei großen sicherheitskritischen Systemen, es wurden die verschiedenen im Verlauf des Projekts entwickelten Verfahren und der Einsatz von künstlicher Intelligenz (KI) bei der Verifizierung und Validierung von KI-basierten cyber-physischen Systemen erörtert. „Ich bin sehr stolz auf das internationale Netzwerk, das wir zum Thema Verifikation und Validation cyber-physischer Systeme aufgebaut haben“, sagt Lollini abschließend. „Die Ausbildung ermöglicht es nicht nur, die wissenschaftlichen Ziele des Projekts zu erreichen, sondern stellt sicher, dass die Wirkung von ADVANCE auch nach Abschluss des Projekts anhält.“ Einige der Forscherinnen und Forscher des Projekts sind bereits damit beschäftigt, weitere Möglichkeiten zur Ausweitung der innerhalb von ADVANCE begonnenen Zusammenarbeit zu erkunden.
Schlüsselbegriffe
ADVANCE, cyber-physische Systeme, Stromnetze, autonome Fahrzeuge, Robotik, Algorithmen, kritische Infrastrukturen, Verifikation und Validation, künstliche Intelligenz, KI
