Über uns

Künstliche Intelligenz sollte keine Black Box sein. Das Fraunhofer HHI ist ein Vorreiter im Bereich erklärbarer, zuverlässiger und effizienter KI und verbindet dabei Grundlagenforschung im Bereich des maschinellen Lernens mit praktischen Anwendungen. Am Institut entwickelte Verfahren wie „Layer-wise Relevance Propagation“ und „Concept Relevance Propagation“ zeigen, wie neuronale Netze zu ihren Entscheidungen gelangen – nicht nur, welche Teile einer Eingabe von Bedeutung waren, sondern auch, auf welche für Menschen verständlichen Konzepte sich ein Modell stützte. Diese Methoden wurden in führenden Fachzeitschriften, darunter *Nature Machine Intelligence*, veröffentlicht und tragen dazu bei, KI-Systeme in Bereichen zu validieren, in denen Vertrauen unerlässlich ist – von der Medizin bis hin zu industriellen Anwendungen.

Transparenz ist dabei nur ein Aspekt. Das Fraunhofer HHI forscht zudem an der Komprimierung neuronaler Netze, wodurch die Größe von KI-Modellen reduziert wird, sodass sie auf alltäglichen Geräten effizient laufen können, und hat zur internationalen Standardisierung in diesem Bereich beigetragen. Seine Arbeit zum „Federated Learning“ ermöglicht es, KI-Modelle gemeinsam zu trainieren, ohne sensible Rohdaten weiterzugeben. Zusammen machen diese Bemühungen KI nicht nur transparenter, sondern auch effizienter und datenschutzfreundlicher.

Ob auf einem Smartphone, einem Smart-TV oder einer Streaming-Plattform – hochwertige Videos erreichen Sie dank Kompressionsstandards, an deren Entwicklung das Fraunhofer HHI mitgewirkt hat. Forscher des Instituts haben eine zentrale Rolle bei der Entwicklung der internationalen Videokodierungsstandards H.264/AVC, H.265/HEVC und H.266/VVC gespielt. Die ersten beiden kommen weltweit auf Milliarden von Geräten zum Einsatz, während H.266/VVC eine deutlich bessere Komprimierung für die nächste Generation von Videodiensten bietet.

Über die Kompression hinaus entwickelt das Fraunhofer HHI Algorithmen für den Transport, die Speicherung und die Verarbeitung von Videos sowie für die 2D/3D-Analyse und -Synthese und für immersive Medienanwendungen und verbindet dabei Spitzenforschung im Bereich der Signalverarbeitung mit globalen Medienstandards. Auch seine Forschung im Bereich Computer Vision reicht weit über den Unterhaltungsbereich hinaus und umfasst die Entwicklung von KI-Methoden für das Verständnis visueller Szenen, die 3D-Rekonstruktion, digitale Szenenrepräsentationen und die intelligente Bildanalyse. Diese Methoden bilden die Grundlage für Anwendungen wie die Baufortschrittsüberwachung und digitale Zwillinge für Baustellen, die automatisierte Qualitätsprüfung in der industriellen Fertigung sowie die medizinische Bildgebung und bildgesteuerte Eingriffe.

Das Fraunhofer HHI erweitert seit fast fünf Jahrzehnten die Grenzen der optischen Kommunikation. Im Jahr 1977 gelang dem Institut die weltweit erste Glasfaserübertragung mit 1,12 Gbit/s. Seitdem hat es wiederholt Weltrekorde in der Glasfaserübertragung aufgestellt und Datenraten von mehreren Terabit pro Sekunde erreicht. Heute sind seine optischen Komponenten an fast jedem zweiten Bit beteiligt, das über das Internet übertragen wird.

Das Institut weitet dieses Know-how nun auf die Kommunikation im Terahertz-Bereich aus: Bei einem kürzlich aufgestellten Weltrekord übertrugen Forscher des Fraunhofer HHI Daten drahtlos mit 221,5 Gbit/s über eine Strecke von 500 Metern durch das Stadtgebiet von Berlin. Solche „drahtlosen Glasfaser“-Verbindungen könnten eines Tages Mobilfunk- und optische Netzwerke in zukünftigen 6G-Systemen miteinander verbinden.

Seit mehr als 20 Jahren trägt das Fraunhofer HHI maßgeblich dazu bei, die Funktionsweise mobiler Netze zu definieren – von 4G/LTE und 5G bis hin zum entstehenden 6G-Standard. Seine Beiträge umfassen das gesamte Spektrum von der Grundlagenforschung in der Kommunikations- und Informationstheorie bis hin zur Standardisierung, zu Feldversuchen und Hardware-Prototypen. Zu den wissenschaftlichen Errungenschaften zählen Fortschritte in der MIMO-Theorie, Funkkanalmessungen bis hin zu Sub-Terahertz-Frequenzen sowie das am Fraunhofer HHI entwickelte QuaDRiGa-Kanalmodell, das von Forschern und der Industrie weltweit genutzt wird.

Das Institut ist zudem führend im Bereich der KI für die Kommunikation und nutzt maschinelles Lernen, um Netzwerke schneller, zuverlässiger und energieeffizienter zu machen – von der KI-basierten Signalverarbeitung bis hin zum selbstoptimierenden Netzwerkmanagement, ergänzt durch Forschung zu offenen Funkzugangsnetzen (O-RAN) und digitalen Netzwerk-Zwillingen. Durch bedeutende Initiativen wie 6G-RIC, CampusOS, xG-RIC und 6G-Plattform legt das Fraunhofer HHI die wissenschaftlichen und technischen Grundlagen für die Mobilkommunikation der nächsten Generation.

Licht ist eines der leistungsstärksten Werkzeuge des digitalen Zeitalters, und das Fraunhofer HHI beherrscht dessen Einsatz in jedem Maßstab. Das Institut entwickelt photonische integrierte Schaltungen, Laser, Modulatoren und Detektoren sowie Technologien zur hybriden und heterogenen Integration.

Seine integrierten photonischen und Terahertz-Sensoren ermöglichen präzise, berührungslose Messungen für die Spektroskopie, Materialanalyse, Qualitätssicherung und zerstörungsfreie Prüfung in der Industrie. Die photonischen Plattformen des HHI bilden zudem die Grundlage für aufkommende Quantentechnologien, von Einzelphotonenquellen und -detektoren bis hin zu kompletten miniaturisierten quantenoptischen Systemen. Diese Forschung deckt die gesamte Kette ab, von der wissenschaftlichen Modellierung und Komponentenfertigung bis hin zu integrierten Systemen, Prototypen und Feldtests.

Seit 2017 ist das Fraunhofer HHI Teil der Research Fab Microelectronics Germany, einer der größten standortübergreifenden Allianzen Europas für Mikro- und Nanoelektronikforschung. Als „One-Stop-Shop“ bündelt die Allianz die Technologien, die Infrastruktur und die Systemkompetenz ihrer Mitgliedsinstitute zu maßgeschneiderten Lösungen für Forschung und Industrie.