KI-Demonstrator in der Technikerschule Erlangen
Interessierten Studierenden und Lehrenden aus der Technikerschule stellte unser Lehrerkollege Torsten Ohlenforst einen Demonstrator zum Thema verteilte KI auf mobilen Rechenknoten vor.
Präsentiert wurde am Dienstag, den 23.07.2024 in den Räumen der Schule. Als hauptberuflicher Mitarbeiter am Fraunhofer-Institut für integrierte Schaltungen (Fraunhofer IIS) konnte er sachkundig Auskunft über das Entwicklungsprojekt geben. Es geht dabei darum, ein KI-Modell verteilt auf mehrere Rechner kooperativ auszuführen. Besonders im Fokus steht dabei die notwendige Kommunikation sowie die Algorithmik. Um das Konzept zu veranschaulichen, wurde es am Beispiel einer Handschriftenerkennung demonstriert. Für das Training des KI-Modells wurde der MNIST Datensatz genutzt und welcher mit selbst gesammelten Schriftproben erweitert wurde. Dadurch können Zahlen, die auf ein Blatt mit der Hand geschrieben wurden, erkannt und verarbeitet werden. Der Demonstrator besteht aus vier Rechenknoten. Davon ist einer der Sensorknoten, welcher mit einer Dokumentenkamera verbunden ist, um Bilder zu machen. Die anderen drei Knoten dienen dazu, Teile des KI-Algorithmus zur Identifikation der Zahlen auszuführen. Nachdem vom Sensorknoten ein Bild aufgenommen wurde, schickt dieser per Broadcast eine Anfrage zur Identifikation der Zahlen an die anderen Rechenknoten. Die anschließende Datenübertragung mit den Bilddaten erfolgt Peer-to-Peer. Um Datenverlust zu vermeiden, werden die Daten vorgehalten, bis die Aufgabe abgeschlossen ist. Ziel ist es, die Aufgaben optimal auf die Ressourcen der verfügbaren Geräte zu verteilen und trotz flüchtiger Geräte eine zuverlässige Ausführung zu ermöglichen. Im Gegensatz zum Demonstrator mit seinen vier Rechenknoten können in der Simulationsumgebung des Fraunhofer IIS Konstellationen mit über 100 Rechenknoten simuliert werden.
Praktische Anwendung findet diese Entwicklung im Projekt „SyNaKI“ (Synergie natürlicher und künstlicher Intelligenz im Schwarm), welches vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert wird. Ziel ist es, ein High-Tech-Frühwarnsystem für ökologische Veränderungen und kritische Ereignisse in der Umwelt zu schaffen (https://gaia-initiative.org/de/). Um verendete Tiere im Etosha Nationalpark in Namibia aufzufinden, werden Geier genutzt. Ausgerüstet mit Rucksäcken, die mit KI und einer Kamera bestückt sind, werden mithilfe der Greifvögel Daten über die Kadaver gesammelt, welche zwischen den Vögeln als Datenträgern prozessiert werden sollen. Dabei ist die KI-Algorithmik in der Lage, das natürliche Verhalten der Tiere zu identifizieren und tote Tierarten zu erkennen. Nach einem festgelegten Zeitraum werden die Rucksäcke abgeworfen und von Zoologen eingesammelt und validiert. Federführend bei dieser Anwendung ist das Leibniz-Institut für Zoo- und Wildtierforschung in Berlin. Der Demonstrator selbst wurde im Fraunhofer IIS eineinhalb Jahre entwickelt, woran besonders Studenten und Auszubildende beteiligt waren.
(verfasst von Petra Porst und Torsten Ohlenforst)
Links:
https://yann.lecun.com/exdb/mnist/
https://gaia-initiative.org/de/
https://www.iis.fraunhofer.de/de/ff/kom/ki/embedded-ml/projekt-synaki.html
