Neues DFKI-Projekt SELFIE schlägt innovativen Weg in der Verifikation cyber-physischer Systeme ein

Vor der Markteinführung müssen neue Computersysteme auf ihre Korrektheit überprüft werden. Jedoch ist eine vollständige Verifikation aufgrund der Komplexität heutiger Rechner aus Zeitgründen oft nicht möglich. Im nun gestarteten Projekt SELFIE verfolgt der Forschungsbereich Cyber-Physical Systems des Deutschen Forschungszentrums für Künstliche Intelligenz (DFKI) unter Leitung von Prof. Dr. Rolf Drechsler einen grundlegend neuen Ansatz, der es Systemen ermöglicht, sich nach der Produktion und Auslieferung selbst zu verifizieren. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) unterstützt das Vorhaben über drei Jahre mit einer Fördersumme von 1,4 Millionen Euro.

In den letzten Jahrzehnten wurden enorme Fortschritte in der Computertechnik erzielt. Ergebnis dieser Entwicklung sind eingebettete und cyber-physische Systeme, die heute in Form von Mikrochips in nahezu allen Bereichen unseres täglichen Lebens zum Einsatz kommen – in Smartphones, Kaffeemaschinen und elektrischen Zahnbürsten genauso wie in sicherheitskritischen Anwendungen, etwa in Zügen, Flugzeugen oder medizinischen Implantaten. Um die Korrektheit dieser immer komplexeren Systeme zu gewährleisten, werden sie bereits in der Entwurfsphase mit Hilfe verschiedener Verifikationsverfahren auf Fehler überprüft. Das Problem: Die wachsende Komplexität und die immer kürzeren Produkteinführungs-Zyklen (time-to-market-Zyklen) zwingen Ingenieure dazu, den Verifikationsprozess abzuschließen, selbst wenn die funktionale Korrektheit noch nicht vollständig sichergestellt werden konnte. Dies führt dazu, dass Fehler im finalen Produkt oft unentdeckt bleiben.

Im Projekt SELFIE gehen die DFKI-Wissenschaftler in punkto Systemverifikation einen völlig neuen Weg: Indem sie technische Geräte mit zusätzlicher Hard- und Software ausstatten, befähigen sie die Systeme, alle nicht abgeschlossenen Verifikationsaufgaben noch während der Nutzung durch die Endanwenderin oder den Endanwender selbst zu komplettieren. Durch diese Form der Selbstüberprüfung lassen sich die time-to-market-Bedingungen erfüllen, ohne den Verifikationsprozess abbrechen zu müssen. Zudem kann die Verifikation nach Auslieferung deutlich schneller erfolgen, da sie sich auf die tatsächlich genutzte Funktionalität beschränken lässt, wohingegen die Überprüfung in der Entwurfsphase noch alle Einsatzszenarien im Blick haben muss. Sollte sich durch die Selbstprüfung herausstellen, dass das System noch fehlerhaft ist, könnte der Hersteller zukünftig rechtzeitig darauf reagieren, etwa durch Updates, die Deaktivierung bestimmter Funktionalitäten oder im schlimmsten Fall durch Rückrufaktionen. „Das Projekt hat das Potenzial die Chipproduktion nachhaltig zu verbessern“, ist sich Prof. Dr. Rolf Drechsler sicher.

Wie sich die Selbstverifikation von Systemen umsetzen und in existierende Entwurfsabläufe integrieren lässt, wollen die Forscher in SELFIE untersuchen. Die entwickelten Methoden sollen an praktischen Fallstudien aus dem Bereich Smart Home evaluiert werden. Dafür greifen die Wissenschaftler auf bereits existierende Systeme aus der DFKI-Laborwohnung Bremen Ambient Assisted Living Lab (BAALL) zurück, die sie um Komponenten zur Selbstverifikation erweitern und unter realitätsnahen Bedingungen testen wollen.

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Cyber-Physical Systems
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