Die Luftfahrt arbeitet derzeit intensiv an der Einführung von KI-Systemen. Anders als klassische Assistenzsysteme können diese grosse Datenmengen verarbeiten. Sie bieten das Potenzial, die Effizienz des Luftverkehrs zu steigern und hochqualifizierte Fachkräfte zu entlasten, während zugleich Sicherheit, Transparenz und menschliche Kontrolle jederzeit gewährleistet bleiben. «Im DLR-Projekt LOKI haben wir erforscht, wie Menschen und KI-Systeme in der Luftfahrt erfolgreich kooperieren. Unser Ziel war dabei, die Zusammenarbeit vertrauenswürdig, transparent und nutzerzentriert zu gestalten», sagt die wissenschaftliche Leiterin des Projekts Dr. Carmen Bruder vom DLR-Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin.
KI-Teampartner
Die Forschenden haben einen digitalen Fluglotsen als KI-gestützten Teampartner für die Flugsicherung und ein intelligentes Assistenzsystem für Pilotinnen und Piloten entwickelt sowie Empfehlungen für die sichere Einführung von vertrauenswürdiger KI in die Luftfahrt erarbeitet. Eine vertrauenswürdige Zusammenarbeit zwischen Menschen und KI-Systemen ist von zentraler Bedeutung für die Integration von KI-Systemen in der Luftfahrt. Das Projekt LOKI (Kollaboration von Luftfahrt-Operateuren und KI-Systemen) zielt darauf ab, die vertrauenswürdige Zusammenarbeit zwischen Mensch und KI in der Luftfahrt zu fördern. Gemeinsam mit Industrie und Forschungspartnern hat das LOKI-Team erforscht, wie menschliche Operateur/innen wie Piloten und Fluglotsen und KI bei komplexen Tätigkeiten der Luftfahrt sicher, vertrauensvoll und effektiv zusammenarbeiten können.
Der digitale Fluglotse im Kontrollzentrum
Ein Schwerpunkt der Forschung war der digitale Fluglotse DIRC (Digital Interactive Reliable Controller). Anders als klassische Assistenzsysteme unterstützt DIRC den Menschen nicht nur mit Informationen oder Empfehlungen. Bestimmte Aufgaben kann er eigenständig übernehmen. Hierbei ist eine dynamische Absprache, welche Aufgaben übernommen werden, mit den menschlichen Lotsinnen und Lotsen möglich.
Gemeinsam 25 Prozent mehr Leistung
In Simulationen zeigte sich, dass menschliche sowie digitale Fluglotsinnen und Fluglotsen ihre Aufgaben effizient aufteilen können. Gemeinsam bewältigten sie bis zu 25 Prozent mehr als das heute festgelegte maximale Verkehrsaufkommen in einem Luftraumsektor. Die Forschung adressiert damit eine zentrale Herausforderung des europäischen Luftverkehrs: steigende Verkehrszahlen bei gleichzeitig knapper werdenden Personalkapazitäten in den Flugsicherungen.
KI kann im Cockpit analysieren
Zusätzlich zur Lotsenassistenz haben die Forschenden mit dem Intelligent Pilot Assistance System (IPAS) einen Demonstrator für die Unterstützung von Pilotinnen und Piloten im Cockpit erschaffen. Das System soll Besatzungen insbesondere in zeitkritischen Situationen unterstützen, zum Beispiel bei der Auswahl alternativer Flugrouten oder geeigneter Ausweichflughäfen. Dabei analysiert die KI grosse Mengen relevanter Informationen und bereitet diese für die Entscheidungsfindung auf. Gleichzeitig untersuchte das Team, welche Informationen Pilotinnen und Piloten benötigen, um die Empfehlungen eines KI-Systems nachvollziehen und sicher bewerten zu können.
Kennen von Fähigkeiten und Grenzen schafft Vertrauen
Neben der Technik untersuchte das Projekt, welche Voraussetzungen für eine vertrauenswürdige Zusammenarbeit zwischen Menschen und KI-Systemen erfüllt sein müssen. Die Forschenden analysierten Erwartungen und Anforderungen von Luftfahrtpersonal und evaluierten, wie die Zusammenarbeit zwischen Mensch und KI in der Luftfahrt gestaltet werden soll. Ein zentrales Ergebnis ist, dass Vertrauen nicht allein durch die Leistungsfähigkeit eines Systems entsteht. Entscheidend sind transparente Informationen über Fähigkeiten und Grenzen der KI, geeignete Trainingsmöglichkeiten sowie die Einführung neuer Funktionen. Auf Basis der Projektergebnisse wurden wichtige Empfehlungen formuliert, deren Berücksichtigung eine erfolgreiche Einführung von KI-Systemen in die Luftfahrt sicherstellt.
Nächste Schritte Richtung Praxis
Die Ergebnisse bilden eine Grundlage für die weitere Entwicklung von KI-Systemen in der Luftfahrt und fliessen in die europäische Diskussion zur sicheren Einführung solcher Systeme ein. «Systeme wie DIRC und IPAS können den Luftverkehr künftig flexibler, zuverlässiger und effizienter machen – bei gleichbleibend hoher Sicherheit und mit dem Menschen im Mittelpunkt», sagt Carmen Bruder.
Am Projekt waren die folgenden DLR-Institute beteiligt: DLR-Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin, das DLR-Institut für Flugführung, das DLR-Institut für KI-Sicherheit, das DLR-Institut für Softwaretechnologie, das DLR-Institut für Datenwissenschaften sowie das DLR-Institut für Luftverkehr.
Das Projekt wurde in enger Zusammenarbeit mit Unternehmen und Wissenschaft aus dem Bereich und Behörden durchgeführt. Dazu gehören die DFS Deutsche Flugsicherung GmbH, Austro Control GmbH, die Europäische Agentur für Flugsicherheit (EASA), der Bundesverband der Deutschen Luftverkehrswirtschaft (BDL), die International Federation of Air Traffic Controllers’ Associations (IFATCA) sowie die Universität zu Lübeck.
