Die Würfel der Logik sind gefallen

7. November 2005, 12:37
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Es gibt nicht nur Ja oder Nein, 0 oder 1. Wie beschreibt man die Wahrheit dazwischen, die Grautöne? Fuzzy Logic soll weiterhelfen

Das Besondere an der Fuzzy Logic ist, dass sie - anders als sonst in der Computerwelt üblich - auch Wahrheitswerte zwischen Wahr und Falsch zulässt. So werden Aussagen möglich, die quasi bis zu einem gewissen Grad wahr und falsch zugleich sind. Der unschätzbare Vorteil: Damit können mit Computerprogrammen auch unscharfe Mengenabgrenzungen mathematisch behandelt werden.

Normalerweise kennt die Rechensoftware nur eindeutige Aussagen wie Nullen und Einsen, Ja und Nein oder Schwarz und Weiß. Doch im wahren Leben ist - wie immer - alles etwas anders. Statt Schwarz und Weiß gibt es zusätzlich noch jede Menge Grautöne - und natürlich auch viele bunte Farben. Die Fuzzy Logic bringt Maschinen bei, ungenau zu rechnen. Computer, die ungenau rechnen, kann eigentlich niemand gebrauchen, dachte man früher. Doch nur so gelingt es ihnen, umgangssprachliche und oft ungenaue Begriffe der Menschen umsetzen. "Die Konzepte unseres Denkens entsprechen nicht scharf voneinander abgegrenzten Kategorien. Sie gehen vielmehr graduell ineinander über. Fuzzy Logic ist ein Schritt in die Richtung, menschliche Entscheidungen am Computer nachzubilden", meint Erich Peter Klement, Leiter des Fuzzy Logic Laboratoriums Linz-Hagenberg.

Transparenz

Klement forscht bereits seit 1976 auf diesem Gebiet. "Durch eine mehrwertige, abgestufte Logik ist es uns möglich, den menschlichen Entscheidungsprozess zu automatisieren. Im Gegensatz zu anderen Verfahren der Künstlichen Intelligenz handelt es sich hier um ein transparentes, jederzeit nachvollziehbares Verfahren."

Als Begründer der Fuzzy Logic gilt der 1921 in Aserbaidschan geborene und im Iran aufgewachsene Lotfi A. Zadeh. Der spätere Professor für Computerwissenschaft an der Universität von Kalifornien in Berkeley, USA, entwickelte 1965 die Fuzzy Set Theory. Mit seiner Theorie der unscharfen Mengen stellte er gleichzeitig die Grundlagen der jahrhundertealten klassischen Logik infrage und ermöglichte einen differenzierten Blick auf komplexe Welten. Denn Fuzzy Logic macht subjektives, umgangssprachliches Expertenwissen der Berechnung zugänglich.

Sein unkonventioneller Ansatz wird inzwischen an den unterschiedlichsten Orten eingesetzt, so etwa bei der Steuerung von Zementwerken, Schnellbahnen, Automotoren und Kläranlagen. "Fuzzy Logic hat sich als nützliches Werkzeug für alle möglichen Anwendungen herausgestellt, ob zur Regelung komplexer industrieller Prozesse, für Haushalts- und Unterhaltungsgeräte oder für Diagnose- und andere Expertensysteme", sagt Klement.

Eine Waschmaschine mit Fuzzy Logic etwa ist so eingestellt, dass sie die Menge des Waschmittels je nach Verschmutzungsgrad steuert. Das Problem hierbei ist, dass der Grad der Verschmutzung nicht eindeutig bestimmt werden kann, die Menge des Waschmittels aber auf einen festen Wert eingestellt werden muss. Fuzzy Logic übersetzt die von Menschen gebrauchten Begriffe wie leicht verschmutzt oder stark verschmutzt für die Maschine.

Durch Fuzzy Logic werden auch der Wasserbedarf und die Spülzeit gemäß der Wäscheart und Beladung angepasst. Entsteht zu viel Schaum, sorgt das Programm für einen zusätzlichen Spülgang, vermindert die Waschbewegungen und reduziert so den Schaum. Die Technologie kann außerdem den Schleudervorgang überwachen, Unwuchten erkennen und den Schleuderablauf anpassen, damit die Maschine die Wäsche immer mit der maximal möglichen Drehzahl schleudert. "Fuzzy Control wird heute vor allem in der Steuerungs-und Regelungstechnik und bei Daten- und Signalanlagen verwandt", sagt Klement. "Die Maschine arbeitet wie ein menschlicher Operator - mit der gleichen Sensibilität." Expertenwissen werde hier zu Automatisierungszwecken in linguistische Regeln umgesetzt.

So haben Forschungen seines Labors beim Sony-Konzern dazu geführt, dass im Bereich Druck- und Anlagetechnik nicht mehr Menschen die Qualität von Bildern beurteilen, sondern der Computer, "so wie es Menschen empfinden und zuverlässiger, als ein Mensch es könnte", so Klement.

Rund 100 Maschinen mit der Fähigkeit zur Bildbeurteilung arbeiten weltweit mit dem System aus Österreich. Fuzzy Logic wird häufig in eingebetteten Systemen zur Steuerung von Prozessen eingesetzt. Ein Beispiel ist der Bildstabilisator bei modernen Videokameras. "Durch Fuzzy Logic weiß das System, ob das Bild wackelt, weil die Hände des Kameramanns zittern oder ob er einen Schwenk machen will", sagt Klement. Ein neues Feld sind die Bereiche Data-Mining und Machine-Learning: Wo eine Unzahl von Daten verarbeitet werden, kann Fuzzy Logic bisher unbekannte Zusammenhänge erkennen und so dafür sorgen, dass Prozesse optimiert werden. Eine Vielzahl von Prozessdaten wird dafür mit den Produktionsergebnissen verglichen. Dank Fuzzy Logic können die Prozesse dann so optimiert werden, dass stets die beste Qualität erzielt wird.

Obwohl Fuzzy Logic in den USA erfunden wurde, begann der Siegeszug der Technologie übrigens in Japan, wo auch bisher die meisten Patente angemeldet wurden, und erreichte von dort wiederum die Vereinigten Staaten und Europa.

Fuzzy Klopapier

Klement bekam kürzlich von einem japanischen Kollegen Toilettenpapier mit dem Aufdruck Fuzzy Logic zugeschickt. "Ich merkte keinen signifikanten Unterschied", sagt der Wissenschafter. Und auch für den Menschen bleiben trotz aller Automatisierung noch genug Dinge übrig, die Maschinen trotz Fuzzy Logic nicht übernehmen können. Denn auch mit der Fähigkeit zur graduellen Abstufung bleiben ihnen nach wie vor Bereiche wie etwa assoziieren, zusammenfassen oder Verantwortung übernehmen verschlossen. (Johannes Klostermeier/DER STANDARD, Print-Ausgabe, 31. 10. 2005)

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