Mit Drohnen und intelligentem Edge Computing zur Brückeninspektion der Zukunft

Der PostDoc-Forscher Reza Farahani startet im April sein erstes eigenes Forschungsprojekt an der Universität Klagenfurt. Durch die Kombination von Künstlicher Intelligenz, autonomen Drohnen und Edge Computing will er neue, effizientere und datengetriebene Wege für die technische Überwachung von Brücken entwickeln – ein weiterer Meilenstein in seiner internationalen wissenschaftlichen Laufbahn.

Im April dieses Jahres startet Reza Farahanis erstes Forschungsprojekt, das er als Koordinator eingereicht und für das er rund 360.000,- EUR an Fördersumme der Österreichischen Forschungsförderungsgesellschaft FFG eingeworben hat. Damit ist für den PostDoc-Forscher am Institut für Informationstechnologie ein weiterer großer Schritt in seiner wissenschaftlichen Laufbahn erreicht. Reza Farahani war im Jahr 2019 als PhD-Kandidat von Teheran ins von der Christian Doppler Gesellschaft geförderte ATHENA-Labor an die Universität Klagenfurt gekommen, wo er zu Multimedia-Kommunikation arbeitete. In dieser Zeit stand die Forschung an smoothen Videoübertragungstechnologien, wie sie beispielsweise von großen Streamingplattformen wie Youtube, Netflix oder Amazon Prime benötigt werden, im Vordergrund. Noch bevor er seine Doktorarbeit verteidigte, wechselte Reza Farahani an das Institut für Informationstechnologie, wo er als PostDoc in der Koordination im EU-Horizon-Projekt „Graph Massivizer“ zur Verarbeitung von Big Data forschte. „Heute kann fast jede Form der Datenverarbeitung als Graph dargestellt werden“, erklärt Reza Farahani. „Soziale Netzwerke sind ein einfaches Beispiel: Menschen sind miteinander verbunden und bilden riesige Netzwerke mit Milliarden von Knoten und Kanten. Die Verarbeitung solcher Graphen in großem Maßstab ist äußerst ressourcenintensiv. Im Rahmen des Projekts ‚Graph-Massivizer‘ haben wir daran gearbeitet, sowohl die Leistung als auch die Energieeffizienz der groß angelegten Graphverarbeitung zu verbessern, und zwar für Anwendungsfälle, die von Finanzdienstleistungen bis hin zu Rechenzentren reichen.“

Die Verarbeitung von Daten und Medieninhalten in verteilten Systemen zieht sich wie ein Roter Faden durch die wissenschaftliche Karriere von Reza Farahani: „Daten sind heute überall. Damit wir mit diesen riesigen Mengen gut umgehen können, müssen wir an verbesserten Systemen bei der Lagerung und Verarbeitung von Daten arbeiten.“ Besonders relevant sei dabei die Skalierbarkeit dieser Systeme: „Die Datenmenge steigt und steigt; damit müssen unsere Systeme in effizienter Weise auch Schritt halten. Wir brauchen also Technologien, die sich skalieren lassen und nachhaltig sind, zunehmend unterstützt durch intelligente, lernbasierte Systeme.“ Einen Fokus legt Reza Farahani dabei auf Cloud und Edge Computing, die heute ein fundamentaler Grundpfeiler moderner verteilter Systeme sind. „Meine wissenschaftliche Reise begann bei Anwendungsfällen aus dem Bereich Multimedia und weitete sich schrittweise zu den verteilten Systemen aus. Nachdem ich viel über die Verarbeitung von Big Data und die entsprechenden Infrastrukturen gelernt habe, bin ich nun beim Edge Computing angelangt.“ Diese Technologie würde viele neue Möglichkeiten eröffnen: Edge Computing bedeutet dabei, dass Daten direkt in der Nähe des Ortes verarbeitet werden, wo sie entstehen, und nicht erst in einem weit entfernten Rechenzentrum. Die Rechenleistung könnte von ganz verschiedenen Geräten – beispielsweise Smartphones, Internet-of-Things-Geräten oder Drohnen – die sich sehr nah befinden, erbracht werden. Die Möglichkeiten dieser Technologie seien enorm. Daher sind sie auch die Basis für Reza Farahanis erstes Forschungsprojekt, das er entwickelt, koordiniert und schließlich erfolgreich eingereicht hat.

Edge Cluster in Reza Faharanis Büro

Im Zentrum wird dabei die technische Überwachung von Brücken stehen, wie er erzählt: „In Österreich gibt es mehr als 5.000 größere Brücken. Einige von ihnen sind schon in die Jahre gekommen. Die Inspektion von Brücken ist allerdings sehr aufwändig, braucht riesige Geräte und oft müssen Straßen dafür gesperrt werden. Deshalb versuchen wir nun, mit Drohnen und Edge Computing effizientere und intelligentere Wege mit Künstlicher Intelligenz dafür zu finden. Die Drohnen selbst sollen als „intelligente, mobile Edge-Computing-Knotenpunkte“ fungieren. Ausgestattet mit KI-basierten Wahrnehmungs- und Lernfähigkeiten werden die Drohnen in der Lage sein, ihre Inspektionsstrategien autonom an strukturelle Bedingungen und Umweltfaktoren anzupassen. Dies soll ermöglichen, zukünftig auch die Aufträge an die Drohnen anzupassen, die Kommunikation zwischen Drohnen zu verbessern und Daten direkt auf den Drohnen zu verarbeiten. Ab April 2026 wird Reza Farahani das Projekt leiten und dann gemeinsam mit einem Team von Senior Scientists  und Nachwuchswissenschaftler:innen im Projekt arbeiten. Gleichzeitig verfolgt er weiterhin zielstrebig sein laufendes Habilitationsprojekt.

Bis heute hat Reza Farahani beeindruckende 45 wissenschaftliche Publikationen veröffentlicht. All seinen Arbeiten zu neuen IT-Technologien liegt eine Disziplin zu Grunde: die Mathematik. „Seit meiner Schulzeit faszinieren mich Mathematik und Optimierung. Im Iran ist Mathematik fest im Bildungssystem verankert, und diese Grundlage prägt auch heute noch meine Forschung.“ 2014 schloss er seinen Bachelor in Computer Hardware Engineering an der University of Isfahan ab, 2019 folgte der Master in Hardware Architecture an der University of Tehran. Davor und dazwischen war Reza Farahani mehr als sechs Jahre lang in verschiedenen Unternehmen als Ingenieur tätig und hat Erfahrungen gesammelt, die er heute nicht missen möchte. 2019 kam er als PhD-Kandidat nach Klagenfurt, drei Monate verbrachte er als PhD visitor an der University of Surrey in Großbritannien, 2020 folgte ihm seine Frau, die ein deutschsprachiges Masterstudium an der FH Kärnten abschloss und auch in Kärnten arbeitet. Heute kann er sagen: „Ich liebe meinen Job in der Forschung an der Universität, weil er Entwicklungsaufgaben als Ingenieur und Grundlagenforschung kombiniert. Wenn man in einer Position in einem Unternehmen arbeitet, muss man meist etwas verbessern, das bereits existiert. In der Wissenschaft kann ich aber Neues real werden lassen. Ich kann etwas schaffen, das noch nicht existiert, mit erfahrenen Forscher:innen zusammenarbeiten, Erfahrungen an jüngere Kolleg:innen weitergeben und stets an der Spitze neuer Entwicklungen bleiben. Das ist die Schönheit dieses Berufs.“