Das Institut für den Schutz terrestrischer Infrastrukturen

Um mit diesen neuen Herausforderungen umzugehen, entwickeln und entwerfen wir am DLR-Institut für den Schutz terrestrischer Infrastrukturen innovative sektor- und skalenübergreifende Methoden und Werkzeuge zum Schutz von KRITIS und zur Bewältigung von Krisen. Damit stärken wir die Resilienz der kritischen Organisationen und Einrichtungen.

Wir kombinieren dafür Risiko- und Resilienzforschung mit Digitalen Zwillingen. Unser Digitaler Zwilling ist eine präzise digitale Nachbildung realer Systeme. Durch die Kopplung von Echtzeit-Daten mit Simulationsmodellen und künstlicher Intelligenz können wir Krisenszenarien simulieren, Prognosen erstellen und Entscheidungsträger zielgerichtet unterstützen. Über autonome Systeme können diese Entscheidungen dann auch sofort wieder in die reale Welt übersetzt werden. Dabei sorgen Prinzipien der souveränen und mensch-zentrierten KI dafür, dass der Mensch immer die Kontrolle behält.

Unsere Forschung und Entwicklung gliedert sich in vier eng verzahnten Abteilungen:

• In der Abteilung Resilienz- und Risikomethodik führen wir komplexe Datenströme zu vorausschauenden Lagebildern für einen zielgerichteten Decision Support zusammen. Wir entwickeln maßgeschneiderte Entscheidungstools zur Konzeptionierung physischer Sicherungssysteme für Anlagen und Infrastrukturen am Boden und durch Drohnen. Durch simulative Stresstests helfen wir KRITIS-Betreibern dabei, sich auf verschiedene Szenarien vorzubereiten und Vulnerabilitäten früh zu erkennen. Mit Service-Abhängigkeitsmodellen analysieren wir dann, wie sich Störungen über vernetzte Infrastrukturen ausbreiten und was die Folgen für die Bevölkerung sind.

• Wir erfassen die Realität dort, wo sie stattfindet, und bringen die Daten sicher in die digitale Welt. Dafür entwickeln wir in der Abteilung Detektionssysteme Technik und Methoden, die auch unter widrigen Bedingungen oder bei Manipulationsversuchen verlässlich und schnell funktioniert. Unsere Sensornetzwerke überwachen die Infrastrukturen und spüren physische Gefahren sowie Umweltrisiken frühzeitig auf. Wir verantworten die bidirektionale Kopplung mit dem Digitalen Zwilling, von der robusten Datenverarbeitung direkt vor Ort („On-Edge“) bis zur sicheren Steuerung von Robotik und Aktorik im Feld.

• In der Abteilung Digitale Zwillinge für Infrastrukturen bauen wir das technologische Rückgrat für die virtuelle Abbildung komplexer Systeme und die Rückkopplung von Entscheidungen zurück in die Realität. Wichtig ist uns dabei die souveräne und transparente Realisierung des Digitalen Zwillings. Aus Sensor-, Geo- und Bestandsdaten erzeugen unsere Pipelines innerhalb weniger Stunden hochqualitative virtuelle Abbilder der Realität. Dabei bilden wir verschieden räumliche Skalen ab, die es dem Anwender erlauben, die Auswirkungen über verschiedene räumliche Ebenen hinweg zu analysieren. Mit einem Human-Centred AI Ansatz gestalten wir die Systeme so, dass sie exakt auf die Arbeitsabläufe von Einsatzkräften und Entscheidern zugeschnitten sind und ermöglichen zugleich stets aktuelle und verlässliche Prognosen und Handlungsempfehlungen. Wir nutzen die digitalen Welten für immersive, realistische Krisen- und Einsatztrainings.

• Wir erwecken den Digitalen Zwilling in der Abteilung Simulationsmethoden für Digitale Zwillinge mathematisch zum Leben, um Dynamiken für den Ernstfall vorherzusagen. Mithilfe einer Kombination von Machine Learning mit physik-basierten Simulationsmethoden berechnen wir das Verhalten von Infrastrukturen für verschiedene Krisenszenarien. Wir analysieren gezielt Unsicherheiten und entwickeln schnelle mathematische Modelle, um im Ernstfall sekundenschnelle, präzise Prognosen zu liefern. Unsere Simulationen optimieren die Platzierung realer Sensoren, um mit minimalem Messaufwand den maximalen Informationsgehalt für Live-Lagebilder zu generieren.