Sichere Computer-Assistenzsysteme für den Schutz von Menschenleben

Wie steuert man ein System, das sich im Laufe der Zeit verändert? Wie gestaltet man einen Algorithmus so, dass wir dem Computer vertrauen können, wenn er die Flugbahn einer Passagiermaschine oder die Geschwindigkeit eines Zuges kontrolliert und beeinflusst? Diese Fragen beantwortet der Experte für theoretische Informatik, indem er die mathematischen Prinzipien solcher dynamischen Systeme erforscht. Allein in Deutschland rasen täglich 40.000 Züge über die Schienen und 200.000 Flugzeuge bewegen sich im Luftraum. „Es geht um Sicherheitsanalysen, die die Steuerungsalgorithmen fehlerfrei machen, damit sie zum Beispiel Kollisionen verhindern und Menschenleben retten“, sagt André Platzer. Um die Steuerung von cyber-physischen Systemen (CPS) – in denen Software, mechanische und elektronische Bauteile zusammenwirken – zuverlässig, effizient, einwandfrei und extrem sicher zu machen, entwirft er Programmiersprachen mit Logiken, die Beweise als Korrektheitsgarantien liefern. „Die beiden wichtigsten Herausforderungen sind: erstens im Modell alles mögliche Verhalten zu bedenken – wir müssen vorhersehen, worauf das System eventuell reagieren muss – und zweitens die Korrektheit des Modells zu beweisen“, erläutert der Wissenschaftler. Für die verschiedenen Anwendungsfelder von der Luftfahrt bis zur medizinischen Robotik gelten die gleiche Logik und Mathematik. Als Analysewerkzeug kann Platzers Differential Dynamic Logic für verschiedene Bereiche genutzt werden und neue Anwendungen erschließen. Der Spitzenforscher hat die logischen Grundlagen für das Open-Source-Werkzeug KeYmaera X entwickelt, das Beweise zur Korrektheit eines Systems liefert und die Sicherheit von CPS entscheidend verbessert.

„Die Zuverlässigkeit autonomer dynamischer Systeme wird künftig ein immer wichtigeres Thema werden, etwa für Robotiksysteme oder die Steuerung autonomer Fahrzeuge“, betont Platzer. Seit 2008 forschte der Wissenschaftler als Assistant Professor, später Full Professor, an der Carnegie Mellon University in Pittsburgh, USA. Dort arbeitet ein Teil seiner Arbeitsgruppe auch nach Platzers Berufung 2022 als Alexander von Humboldt-Professor an das KIT weiter. Die Alexander von Humboldt-Professur zeichnet weltweit führende, bislang im Ausland tätige Forschende unterschiedlicher Nationalitäten aus und ermöglicht ihnen langfristige zukunftsweisende Forschung in Deutschland. Studiert hatte der 2008 an der Carl-von-Ossietzky-Universität Oldenburg promovierte Informatiker an der Universität Karlsruhe, dem heutigen KIT. „Hier wurden wichtige Grundlagen meiner Forschung gelegt, und auch mir liegt am Herzen, in meiner Lehre fundamentale Grundprinzipien zu vermitteln, die die Studierenden die nächsten 50 Jahre nutzen können“, so Platzer. (afr)

Der Presseservice des KIT stellt gerne den Kontakt zwischen den Medien und Prof. Platzer her.

Fotonachweise
Foto Zug: Gabi Zachmann, KIT
Porträt Prof. André Platzer, KASTEL: Humbold-Stiftung