Um die nächste Stufe der Autonomie in der Robotik zu erreichen, ist eine stärkere Integration von KI-Technologien in die physische Funktionsweise von Robotern erforderlich. Dies wiederum setzt voraus, dass die KI in Echtzeit und im Gleichschritt mit der physischen Bewegung des Roboters arbeitet. Die Interpretation des Arbeitsumfelds, die Interaktion mit komplexen Objekten oder Menschen und das Treffen und Aktualisieren von Entscheidungen, alles in Echtzeit, erfordert einen erheblichen Fortschritt gegenüber dem derzeitigen Stand der Technik. Dies erfordert neuartige Architekturen sowohl bei der Software als auch bei der Hardware sowie KI-Algorithmen, die mit dem physischen Roboterbetrieb in Echtzeit kompatibel sind. Im Hinblick auf den F&I-Fortschritt ist ein Paradigmenwechsel erforderlich, um die Silos zwischen den Disziplinen zu beseitigen, um das Fachwissen zusammenzuschweißen und einen konzeptionellen Wandel herbeizuführen, um die Ziele der nächsten Stufe der Autonomie für die Robotik zu erreichen.

Um diese Herausforderung zu bewältigen, können wir auf der europäischen Führungsrolle bei den jüngsten Fortschritten in der Modellierung und Charakterisierung in mehreren Maßstäben aufbauen.

Die Entwicklung neuartiger fortschrittlicher Werkstoffe erfordert ein breites und komplexes Spektrum an zuverlässigen Informationen über das Werkstoff- und Prozessverhalten während des gesamten Lebenszyklus eines Werkstoffs, die weit über die Datensätze hinausgehen, die der Industrie derzeit allgemein zur Verfügung stehen. Insbesondere ist ein Ansatz erforderlich, der den Endnutzern hochflexible, anpassungsfähige Modellierungs- und Charakterisierungswerkzeuge als Daten- und Wissensquelle in kritischen Anwendungsbereichen bietet. Anschließend wird die Validierung der entwickelten Methoden der Industrie helfen, Vertrauen in diese Methoden aufzubauen. Dies wird auch den sich abzeichnenden Bedarf an alternativen Materialien als Ausgangsmaterial unterstützen, die den hohen Qualifikationsstandards entsprechen, und die strategische Autonomie und Widerstandsfähigkeit der EU-Industrie stärken.

Die Vorschläge sollten sich mit der Entwicklung vergleichbarer, integrierter Modellreihen und Charakterisierungsmethoden für kritische Anwendungsbereiche in strategischen Innovationsmärkten (*) befassen, die die verschiedenen Stufen der Wertschöpfungsketten von Werkstoffen und industrieller Produktion sowie die Kreislaufwirtschaft abdecken.

Die Vorschläge sollten sich insbesondere mit den folgenden Punkten befassen

• Entwicklung integrierter Methoden für die Charakterisierung in mehreren Maßstäben und mit mehreren Techniken, kombiniert mit entsprechender Modellierung in mehreren Maßstäben und maschinellem Lernen
  • zur Verbesserung der Zuverlässigkeit und Qualität der Daten;
  • zum Verständnis der Skalenbeziehungen im Verhalten fortgeschrittener Werkstoffe;
  • zur Entwicklung komplexer Struktur-Eigenschafts-Korrelationen bei fortgeschrittenen Werkstoffen;
  • zur Gewährleistung einer vollständigen Abdeckung der Bedingungen in industriellen Umgebungen.
•     Integration von Modellierung und Charakterisierung, insbesondere durch
  • Entwicklung von Modellierungsmethoden, die die virtuelle Charakterisierung von Werkstoffen ermöglichen und die Interpretation der Ergebnisse bestimmter Charakterisierungsmethoden verbessern, um Experimente anzuleiten und zu verfeinern;
  • Entwicklung genauer, validierter physikalisch basierter Modelle in Bereichen, in denen diese Fähigkeiten einen Engpass darstellen, indem eine Kombination aus Charakterisierung und maschinellem Lernen eingesetzt wird, um material- und anwendungsspezifische Parameter und Gleichungen zu generieren (sogenannte Materialrelationen, siehe CWA 17284).
•     Demonstration der Funktionalität der Suiten für die Entwicklung bestimmter fortschrittlicher Materialien für den grünen Übergang.
•     Validierung der Methoden und Bereitstellung von Benchmarks, d. h. einer klaren Dokumentation der Fähigkeiten, die als Standardbezugspunkt für die industrielle Anwendung dienen können.

Die Forschung sollte auf bestehenden Normen aufbauen oder zur Normung beitragen. Die Dokumentation und Interoperabilität für die gemeinsame Nutzung von Daten sollte auf der Grundlage des OntoCommons EcoSystem (OCES) behandelt werden.

Die Projekte sollten auf bestehenden Projekten aufbauen und die Zusammenarbeit mit ihnen suchen sowie Synergien mit anderen einschlägigen europäischen, nationalen oder regionalen Initiativen, Finanzierungsprogrammen und Plattformen entwickeln. Insbesondere sollten die im Rahmen dieser Aufforderung geförderten Projekte unter dem Dach von EMMC und EMCC zusammenarbeiten und eng mit dem Thema HORIZON-CL4-2023-RESILIENCE-01-39 (CSA) interagieren.

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• Die Industrie soll in die Lage versetzt werden, neue fortschrittliche Werkstoffe effizienter zu entwickeln und mit bestehenden Werkstoffen zu arbeiten, indem sie sich auf digital integrierte und validierte Modellierungs- und Charakterisierungsmethoden stützt, um ihr Wissen über Werkstoffe entlang der Wertschöpfungsketten zu erweitern.
• Beschleunigung des Innovationsprozesses bei Werkstoffen durch eine bessere Interpretation verfügbarer experimenteller Daten und durch die Bereitstellung wirksamerer Leitlinien für weitere Experimente.
• Überwindung von Lücken in den Modellierungs- und Charakterisierungskapazitäten, die auf verschiedene Stufen der Werkstoff- und Produktionswertschöpfungsketten abzielen, durch angepasste und mit Benchmarks versehene Suiten, die alle Schritte vom Werkstoffdesign (einschließlich mehrerer Skalen, z. B. von der Molekular- zur Makroskala) bis zur Produktentwicklung abdecken.
• Schaffung einer integrierten europäischen Werkstoffplattform, die eine systemische Nutzung von Werkzeugen und Fähigkeiten wie Werkstoffmodellierung, -charakterisierung, Robotik, Datendokumentation, Ontologien, künstliche Intelligenz und maschinelles Lernen ermöglicht, die zur Beschleunigung des Entwurfs, der Entwicklung und der Anwendung von Chemikalien, Werkstoffen und damit zusammenhängenden Prozessen und der Herstellung aufeinander abgestimmt sind.

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