Autonomes Fahren in der Stadt: Wird die Vision Realität?

Warum die Sonne einen großen Einfluss auf selbstfahrende Autos hat, erklärt Mustafa Ghani im Video. Mustafas aktuelle Position: Doktorand am Fachgebiet “Systemanalyse und Modellierung” am HPI unter der Leitung von Professor Holger Giese. Zuvor war er als Softwareentwickler bei Accenture tätig.

Sein Thema: Sicherheitskritische und selbstadaptive Cyber-physikalische Systeme. Das sind Software-intensive Systeme, die aus einer mechanischen Komponente und einer Software-Komponente bestehen, die miteinander über das Netzwerk verbunden sind. Diese Systeme müssen fehlerfrei funktionieren und ihr Verhalten an unsere Umgebung anpassen können – ein Beispiel hierfür sind selbstfahrende Autos.

Random Fact: Schon im Kindergarten durfte er Matheaufgaben selbstständig vor den Erzieher:innen und Kindern an einer Tafel vorrechnen. Warum? Einfach weil er es konnte. Bester Part an seiner Arbeit: Dass er dabei kreatives und konzeptionelles Denken verknüpfen kann. Mustafa erklärt: 

Ein einzelnes, autonom fahrendes Auto zu entwickeln – das ist nicht die größte Herausforderung. Aber Millionen autonom fahrende Autos in der Hauptstadt Berlin? Das ist ein Szenario mit enormer technischer und gesellschaftlicher Herausforderung.

Autonom fahrende Autos fahren mithilfe komplexer Softwaresysteme – denn: Sie können einander nur mithilfe von Sensoren wahrnehmen. Wie stellt man also sicher, dass diese ganzen Einzelgänger nicht kollidieren?

Ein Beispiel aus dem Straßenverkehr: “Ein Auto muss in eine scharfe Kurve fahren, welche von den Sensoren des Autos nicht ausreichend erfasst werden kann. Somit wäre es auf die Kommunikation mit den anderen möglicherweise vorne stehenden Autos angewiesen. Das um die Kurve fahrende Fahrzeug muss sich also innerhalb einer bestimmten Zeit so verhalten, dass es zu keinem Auffahrunfall (weder mit den vorderen noch mit hinterherfahrenden Fahrzeugen) kommt.”

Autonom fahrende Autos müssen untereinander kommunizieren und sich dadurch abstimmen, um die Sicherheit von Menschenleben im Straßenverkehr zu gewährleisten. Hierbei wichtig: Sie müssen in Echtzeit mit strikten zeitlichen Vorgaben agieren/ reagieren, da die Nichteinhaltung dieser Deadlines katastrophale Konsequenzen (Gefährdung von Menschenleben) haben könnte. Diese Form der Echtzeit wird als “Hard Real-Time” bezeichnet. 

Die Herausforderung hierbei: Eine Abstimmung benötigt immer etwas Zeit – bzw. geschieht nicht in Nullzeit – und das verursacht eine Verzögerung. Diese Verzögerung muss bei der Entwicklung berücksichtigt werden, damit die Autos in Hard Real-Time reagieren. Damit gewinnt diese Komponente nochmal an Schärfe. Mustafa nutzt mathematische Modelle, um die Komplexität übersichtlich darzustellen und Sicherheitsgarantien – unabhängig vom jeweiligen Stand der Technologie – aufzustellen. 

Da steckt viel Arbeit drin: "Die Modelle dürfen nicht zu viele Parameter/Details enthalten, sonst werden sie zu groß und unüberschaubar. Eine Überprüfung hinsichtlich der Sicherheitsanforderungen ist nicht gänzlich möglich. Deshalb sind sie zunächst stark vereinfacht – bis zur realen Anwendung sind mehrere systematische und zielgerichtete Verfeinerungsschritte nötig.”

Genau daran arbeitet Mustafa und entwickelt die Modelle schrittweise weiter. Der Vorteil dieser mathematischen Modelle: Vor der eigentlichen Programmierung der Software kann er überprüfen, ob das System sicher ist und Sicherheitsgarantien aufstellen. Die geprüften Sicherheitseigenschaften der Modelle lassen sich dann direkt auf die Software übertragen.   

Danke an Mustafa für dieses Gespräch!