Forschungs-Hub 6G-life entwickelt Grundlagentechnologien für die Mensch-Maschine-Kollaboration

Die fünfte Mobilfunkgeneration (5G) wird derzeit in den Mobilfunknetzen umgesetzt – gleichzeitig wird an der nachfolgenden Generation geforscht. 6G wird voraussichtlich ab 2030 Milliarden von Dingen, Maschinen und Menschen miteinander vernetzen. Dabei werden Daten um ein Vielfaches schneller übertragen als mit 5G, die Energieeffizienz und Ausfallsicherheit nehmen deutlich zu. Eine Fördermaßnahme des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) legt den Grundstein für ein Innovationsökosystem zur Erforschung und Entwicklung zukünftiger Kommunikationstechnologien rund um 6G. Im April 2021 startete das BMBF die erste deutsche Forschungsinitiative zur 6G-Technologie; gefördert werden unter anderem vier sogenannte „6G-Forschungs-Hubs“.

Der Hub „6G-life“ der Technischen Universität Dresden (TUD) und der Technischen Universität München (TUM) legt seinen Forschungsschwerpunkt auf zwei Anwendungsfelder: Industrie 4.0 und digitale Medizin. Dabei werden insbesondere vier Schlüsselthemen bearbeitet:

• Latenz (Verzögerung)
• Resilienz (Ausfallsicherheit)
• Sicherheit (Privatsphäre und Abwehr von Angriffen)
• Nachhaltigkeit (Energiebedarfsreduktion)

Durch das Einbeziehen von Partnern aus den Sozial- und Geisteswissenschaften sollen auch ethische Fragen beantwortet werden. Zudem wird eine Förderung von insgesamt 10 Millionen Euro für verschiedene Start-Ups bereitgestellt, von denen zehn in den nächsten vier Jahren neu gegründet werden sollen.

6G-Technologie und Anwendungsfälle für Medizin und Industrie
– orientiert an den menschlichen Bedürfnissen

Der Forschungs-Hub 6G-life hat sich zum Ziel gesetzt, eine klare Definition von 6G als Kommunikationsstandard zu erarbeiten und die Einbettung seiner zugehörigen Technologien in die digitale Souveränität Deutschlands und Europas zu erreichen. Während bei 5G die Maschine-Maschine-Interaktion im Vordergrund steht, soll sich 6G auf den Menschen fokussieren und die Mensch-Maschine-Kollaboration weiterentwickeln. Die Technologie soll einen zentralen gesellschaftlichen Beitrag leisten und sich an realen Bedarfen orientieren. In den Schwerpunktbereichen des Hubs (digitale Medizin und Industrie 4.0) gewinnen Systeme, in denen intelligente Maschinen mit Menschen zusammenarbeiten, immer mehr an Bedeutung. So können zum Beispiel die Erstellung von Diagnosen, komplizierte operative Eingriffe und auch der Krankenhausalltag mit hoher Präzision, Effizienz und mit weniger körperlicher Anstrengung des medizinischen Personals, beispielsweise durch den Einsatz von Servicerobotern, unterstützt werden.

Um ein sicheres Zusammenwirken zwischen Mensch und Maschine zu gewährleisten, beispielsweise für die kollaborative Arbeit an einem Bauteil, werden an Kommunikationsnetze bestimmte Anforderungen gestellt: Eine geringe Latenz ermöglicht einen Datentransport ohne Verzögerungen und somit eine Echtzeit-Steuerung von Maschinen. Um die verwendeten Systeme vor Ausfällen und Manipulationen von außen zu schützen, spielen die Aspekte Resilienz und Sicherheit eine ebenso wichtige Rolle.

Am 6G-life wird daher an innovativen Verschlüsselungstechnologien wie quantenphysikalisch abgesicherten Verbindungen (Quantenkommunikation) geforscht, die ein unentdecktes Eingreifen oder Abhören der Kommunikation physikalisch unmöglich machen. Zur nachhaltigen Nutzung der angewandten Technologien wird außerdem die Entkopplung zwischen Datenvolumen und Energieverbrauch (Post-Shannon Theorie) erforscht.
Um derartig anspruchsvolle Kommunikationssysteme zu realisieren und dabei eine möglichst schnelle und effektive Diffusion in den Markt zu gewährleisten, wird bei 6G-life auf die Entwicklung offener und branchenweiter Standards für Schnittstellen von Funkzugangsnetzwerken gesetzt, die die Interoperabilität zwischen den Geräten verschiedener Hersteller unterstützen (Open RAN). Die Erforschung dieser Systeme wird primär auf geografisch begrenzten, lokalen Mobilfunknetzen durchgeführt, welche dedizierte Frequenzen nutzen und so hinsichtlich Latenz, Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit die höchsten Ansprüche an die Dienstqualität erfüllen (5G/6G-Campusnetz).

Im Kontext des Forschungs-Hubs soll insgesamt die „Softwareisierung“ von Kommunikationstechnologien im Vordergrund stehen, die Entwicklung der Hardware folgt durch implizierte Anforderungen. Zudem soll der Hub auf den bereits bestehenden Technologien aufbauen und diese in Bezug auf neu identifizierte Anwendungsfälle optimieren.

Eine nachhaltige Ausrichtung der Entwicklung soll einen langfristigen gesamtgesellschaftlichen Nutzen sicherstellen

Nachhaltigkeit spielt bei 6G-life eine übergeordnete Rolle: Ein erwartungsgemäß steigender Energiebedarf, beispielsweise verursacht durch zunehmende Konnektivität und ein dadurch erhöhtes Datenvolumen, kann nur durch nachhaltig angelegte Grundlagentechnologie ausgeglichen werden. Durch Digitalisierungsmaßnahmen können viele Einsparungspotenziale für den Energieverbrauch nutzbar gemacht werden.

Um zum einen die Akzeptanz gegenüber innovativen Kommunikationstechnologien in der Gesellschaft zu erhöhen und zum anderen die Bedarfe der Menschen in die Entwicklung einfließen zu lassen, sollen verschiedene Berührungspunkte mit Privathaushalten und Kommunen geschaffen werden. Dazu soll direkt in den Kommunen und Gemeinden über Projektinhalte informiert und Prototypen demonstriert werden.

Projektpartner aus unterschiedlichen Fachrichtungen und diverse Start-Ups ermöglichen eine praxisnahe Forschungsarbeit

Die im Hub vertretenen Forschungseinrichtungen sind die Technische Universität Dresden (TUD) und die Technische Universität München (TUM). Dabei nimmt die TUD – in Person von Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Frank Fitzek, Leiter des Deutsche Telekom Lehrstuhls für Kommunikationsnetze – die Projektkoordination ein.

Für eine praxisnahe Forschung kooperiert das Forschungshub mit bestehenden Start-Ups und dem Exzellenzcluster CeTI der TU Dresden. CeTI möchte Menschen befähigen, in Quasi-Echtzeit mit cyber-physischen Systemen (Verbindungen der virtuellen mit der physischen Welt) über intelligente Wide-Area Kommunikationsnetzwerke (WAN) zu interagieren. 6G-life nutzt im Rahmen der Partnerschaft bestehende Robotertechnik des Exzellenzclusters. An der TUD ist das 5G Lab Germany angesiedelt, dessen 5G-Campuslösungen und Testfelder im Rahmen des Forschungshubs erweitert werden können. Insgesamt werden ca. 80 Professorinnen und Professoren in das Projekt einbezogen, die unter anderem in den Fachbereichen der Quantenkommunikation, Architektur, Medizin und Psychologie tätig sind.

Weiterführende Links
https://6g-life.de/
https://tu-dresden.de/tu-dresden/newsportal/news/6g-life-bmbf-foerdert-6g-forschungs-hub-in-dresden-und-muenchen-mit-70-millionen-euro