Kritische Infrastruktur: BAM entwickelt mit Partner*innen KI-Assistenz zur Erkennung von Materialfehlern

Die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) entwickelt gemeinsam mit Partner*innen eine menschenzentrierte KI-Assistenz, die Prüfpersonal bei der Erkennung und Bewertung von Schäden in Schweißnähten unterstützen soll. Im Forschungsprojekt UltrasonAIc, das jetzt seine Arbeit aufnimmt, werden dafür Ultraschalldaten mithilfe künstlicher Intelligenz ausgewertet. Ziel: Fehlbewertungen reduzieren und Prüfungen beschleunigen – damit sicherheitsrelevante Schäden an kritischen Infrastrukturen und technischen Anlagen frühzeitig erkannt werden können.

Zerstörungsfreie Ultraschallprüfungen können dazu beitragen, die Sicherheit kritischer Infrastrukturen und technischer Anlagen wie Brücken, Pipelines oder Kraftwerken zu gewährleisten. Dazu werden hochfrequente Schallwellen durch das Material geleitet und ihre Reflexionen ausgewertet. Hierdurch lassen sich beispielsweise Risse oder eingeschlossene Fremdstoffe im Inneren eines Bauteils erkennen, ohne es zu beschädigen. Die Prüfergebnisse helfen, den Zustand zu bewerten, notwendige Reparaturen frühzeitig zu planen und das Risiko von Ausfällen und Unfällen zu verringern.

Mit der zunehmenden Digitalisierung wachsen jedoch die bei diesen Prüfungen anfallenden Datenmengen erheblich, während qualifiziertes Prüfpersonal zunehmend fehlt. Hier setzt das Gemeinschaftsprojekt UltrasonAIc an, in dem die BAM, die deeplify GmbH und die DGZfP Ausbildung und Training GmbH KI-gestützte Assistenzsysteme entwickeln, die Prüfende künftig bei der Auswertung großer Datenmengen unterstützen sollen. Die BAM bringt hierbei ihre Expertise in Ultraschallsimulation, Zuverlässigkeitsbewertung und Mensch-KI-Zusammenarbeit ein.

„Ein Schwerpunkt liegt auf der realitätsnahen Simulation von Ultraschallprüfungen. Die dabei erzeugten Daten dienen dem Training von KI-Modellen und ermöglichen leistungsfähige Algorithmen auch dort, wo reale Prüfdaten nur begrenzt verfügbar sind“, sagt Thomas Heckel, BAM-Experte für angewandte Ultraschallprüfung.

UltrasonAIc kombiniert verschiedene Ultraschallverfahren in einem gemeinsamen KI-Modell. Dadurch sollen Defekte präziser erkannt und Fehlbewertungen deutlich reduziert werden. Das Besondere bei UltrasonAIc: Der Ansatz ist konsequent menschenzentriert. Die KI unterstützt Prüfende als Assistenzsystem, ersetzt sie jedoch nicht.

„In sicherheitskritischen Prüfaufgaben muss KI nicht nur leistungsfähig, sondern auch vertrauenswürdig und praxistauglich sein. Deshalb untersuchen wir bei der BAM systematisch, wie KI für die zerstörungsfreie Prüfung menschenzentriert gestaltet werden kann: von der sinnvollen Aufgabenteilung zwischen Mensch und KI bis hin zu Benutzerfreundlichkeit, Nachvollziehbarkeit und Akzeptanz durch das Prüfpersonal“, erklärt Marija Bertović, BAM-Expertin für menschliche Faktoren und Mensch-Maschine-Interaktion.

Die Technologie bietet insbesondere für die Energie- und Wasserstoffwirtschaft, die chemische Industrie, den Anlagen- und Maschinenbau sowie die Luft- und Raumfahrt großes Potenzial. Neben einer benutzerfreundlichen Softwareplattform entstehen Schulungs- und Weiterbildungskonzepte für den Einsatz KI-gestützter Prüfsysteme. Die Trainingsdaten werden in einem offenen Format bereitgestellt und können für weitere Forschungs- und Entwicklungsarbeiten genutzt werden. Die Ergebnisse sollen dazu beitragen, die Sicherheit kritischer Infrastrukturen zu erhöhen und Prüfpersonal bei anspruchsvollen Prüfaufgaben zu entlasten.

Das Projekt wird von der deeplify GmbH, einem deutschen Software- und KI-Unternehmen mit Sitz in Düsseldorf, koordiniert, das KI-Lösungen für Asset Integrity und industrielle Inspektionen, insbesondere für sicherheitskritische Anlagen und Prozesse entwickelt. Die DGZfP Ausbildung und Training GmbH bringt ihre Expertise in der Qualifizierung von Prüfpersonal ein. So verbindet das Projekt KI-Entwicklung, Sicherheitsforschung und berufliche Praxis, damit die Assistenzsysteme zuverlässig funktionieren und im Prüfalltag sinnvoll eingesetzt werden können.

Das Vorhaben wird im Rahmen des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE/JTF NRW, Förderkennzeichen EFRE-20801446) über 33 Monate mit rund zwei Millionen Euro gefördert.

UltrasonAIc ist in den BAM-Aktivitätsfeldern Anlagensicherheit und Prozesstechnik sowie Degradation von Werkstoffen verankert. Hier entwickelt die BAM u.a. Verfahren, mit denen sich Schäden erkennen und die Sicherheit technischer Bauteile über ihren Lebenszyklus bewerten lassen. Das Projekt soll diese Bewertung durch verlässliche KI-Unterstützung verbessern und leistet damit einen Beitrag zur übergeordneten BAM-Mission Sicherheit in Technik und Chemie.