"Diese Systeme sind überall" - wie digitale Technik sicher bleibt"

Ein kurzer Moment reicht: Ein Sensor erkennt eine Bewegung, ein System verarbeitet die Information, eine Maschine reagiert. In vielen Bereichen unseres Alltags laufen solche Prozesse längst automatisiert ab – oft unbemerkt. Ob im Auto, in der Produktion oder in digitalen Infrastrukturen: Systeme treffen Entscheidungen eigenständig und in Echtzeit. Genau darin liegt ihre Stärke – und zugleich ihr Risiko. Denn wenn etwas nicht wie vorgesehen funktioniert, kann das unmittelbare Folgen haben – von ineffizienten Abläufen bis hin zu gefährlichen Situationen.

Für ihre Arbeit an genau diesen Fragestellungen wurde die Informatikerin Dr. Friederike Bruns mit dem Helene-Lange-Preis 2026 ausgezeichnet. Der Preis wird von der EWE Stiftung gemeinsam mit dem OFFIS – Institut für Informatik und der Stadt Oldenburg vergeben und würdigt herausragende Leistungen von Frauen in der Digitalisierungsforschung.

Ausgezeichnet wurde ihre Forschung zu sogenannten cyber-physischen Systemen – digitalen Steuerungen, die direkt mit der realen Welt interagieren, etwa in Robotik, Verkehr oder Energienetzen. Gerade in diesen Bereichen sind Zuverlässigkeit und schnelle Reaktionsfähigkeit entscheidend.

„Eigentlich findet man die cyber-physischen Systeme, an denen ich forsche, überall im Alltag“, erklärt Bruns. Sie nennt Beispiele, die viele Menschen kennen: das Auto, das seine Umgebung erfasst, industrielle Maschinen, die Bauteile verarbeiten, oder vernetzte Geräte im Haushalt. „Sie bestehen aus Sensorik, die Daten aufnimmt, und Aktorik, die darauf reagiert.“

Das bedeutet: Systeme nehmen ihre Umwelt wahr, verarbeiten Informationen und setzen Entscheidungen unmittelbar um. Ein Roboter in der Industrie erkennt etwa, ob sich ein Mensch in seinem Arbeitsbereich befindet – und passt sein Verhalten entsprechend an. Gerade weil Software und physische Prozesse so eng miteinander verbunden sind, müssen Entscheidungen nicht nur korrekt, sondern auch exakt abgestimmt erfolgen.

Ein zentraler Aspekt ihrer Forschung ist die Zeit. Entscheidungen müssen nicht nur korrekt, sondern auch schnell genug getroffen werden. „Wir wollen diese Daten in möglichst zuverlässiger Zeitspanne verarbeitet haben und die korrekte Aktion ausführen.“ Gerade in komplexen Systemen ist das eine Herausforderung. In klassischen Programmen laufen Abläufe in festen Reihenfolgen ab. Cyber-physische Systeme hingegen reagieren ereignisgesteuert: Ein Sensorsignal, eine Bewegung oder eine Veränderung im System löst unmittelbar eine Reaktion aus. Das macht sie flexibel, aber schwer vorhersehbar. Denn viele einzelne Komponenten arbeiten gleichzeitig, tauschen Informationen aus und beeinflussen sich gegenseitig. Ein Beispiel ist eine automatisierte Fertigungslinie: Mehrere Roboter montieren gleichzeitig Bauteile, reagieren aufeinander und müssen ihre Bewegungen exakt abstimmen. Schon kleine Verzögerungen in der Kommunikation können dazu führen, dass Abläufe nicht mehr synchron sind.

Ähnliche Herausforderungen gibt es in Energienetzen. Dort müssen Systeme Lastschwankungen ausgleichen und schnell auf Veränderungen reagieren. Auch hier kann eine verzögerte oder fehlerhafte Reaktion Auswirkungen auf die Stabilität haben. Genau hier setzt die Forschung von Friederike Bruns an: Sie entwickelt Methoden, mit denen sich Kommunikation und Reaktionszeiten präzise modellieren, überprüfen und im laufenden Betrieb überwachen lassen. Ziel ist es, dass Systeme nicht nur funktionieren, sondern ihr Verhalten auch vorhersagbar bleibt.

Die Risiken sind vielfältig. In industriellen Prozessen kann es zu Verzögerungen, Produktionsausfällen oder Qualitätsproblemen kommen. In anderen Bereichen sind die Folgen deutlich gravierender. „Wenn ein Mensch mit einer Maschine interagiert, kann das schnell sicherheitskritisch werden.“ Wenn ein System beispielsweise zu spät erkennt, dass sich eine Person im Arbeitsbereich befindet, kann das gefährliche Situationen verursachen. Gleichzeitig geht es auch um Effizienz und Ressourcennutzung. Systeme, die präzise arbeiten, können Energie sparen und Prozesse optimieren. Fehler hingegen führen zu Mehraufwand, höheren Kosten und unnötigem Energieverbrauch. Damit wird deutlich: Die Zuverlässigkeit digitaler Systeme ist nicht nur ein technisches Detail, sondern eine zentrale Voraussetzung für sichere und effiziente Infrastrukturen.

Mit der zunehmenden Digitalisierung wächst auch die Skepsis vieler Menschen gegenüber automatisierten Entscheidungen. „Man muss die Menschen erst davon überzeugen, dass die Lösung wirklich funktioniert“, sagt Bruns. Für sie ist klar, worauf es ankommt: „Der wichtigste Aspekt ist die Kommunikation.“ Technologie müsse verständlich erklärt werden. Nicht jedes Detail sei entscheidend – aber das grundlegende Prinzip müsse nachvollziehbar sein. Nur so könne Vertrauen entstehen.

Cyber-physische Systeme verbinden Informatik, Maschinenbau und weitere Fachbereiche. „Alle bringen unterschiedliche Perspektiven und Begrifflichkeiten mit, erklärt die Wissenschaftlerin.“ Gerade diese Vielfalt macht die Arbeit anspruchsvoll. Lösungen müssen so entwickelt werden, dass sie in unterschiedlichen Kontexten funktionieren – etwa in der Industrie, im Verkehr oder in Energiesystemen. Ein Ziel ihrer Forschung ist es daher, gemeinsame Grundlagen zu schaffen, die über einzelne Anwendungsbereiche hinaus nutzbar sind. So können bestehende Lösungen übertragen und weiterentwickelt werden.

Schon früh interessierte sich Bruns für technische Zusammenhänge, insbesondere für Robotik. Über ihre Bachelorarbeit in der Mikrorobotik und ihre Masterarbeit zum Thema zeitkritisches Verhalten entwickelte sich ihr heutiger Forschungsschwerpunkt. „Ich wollte in dem Bereich unbedingt weitermachen, weil ich dieses Zusammenspiel verschiedener Aspekte besonders spannend fand“, sagt sie heute mit Blick auf den Beginn ihrer wissenschaftlichen Laufbahn.

Ein zentraler Teil ihrer Arbeit ist es, Entwicklerinnen und Entwickler dabei zu unterstützen, komplexe Systeme besser zu verstehen und abzusichern. Dazu gehört, Kommunikationsabläufe bereits in der Entwicklungsphase zu modellieren und zu überprüfen. Zudem geht es darum, Systeme auch im laufenden Betrieb zu überwachen. So kann überprüft werden, ob sie sich weiterhin innerhalb der definierten Grenzen bewegen oder ob Abweichungen auftreten. Denn: „Man möchte sich darauf verlassen können, dass das System das tut, was es soll.“

Langfristig sollen solche Ansätze nicht nur in einzelnen Projekten eingesetzt werden, sondern in industrielle Anwendungen einfließen und Teil von Standards werden.

Der Helene-Lange-Preis setzt ein Zeichen für mehr Chancengerechtigkeit in der Wissenschaft. Für Bruns ist die Auszeichnung auch eine Bestätigung ihres Weges: „Mir zeigt das, dass ich auf dem richtigen Weg bin.“ Gleichzeitig möchte sie andere motivieren: „Einfach mal ausprobieren.“ Sie betont, wie wichtig frühe Berührungspunkte sind. Wenn Informatik bereits in der Schule selbstverständlich vermittelt wird, sinken Hemmschwellen und mehr Frauen finden Zugang zu technischen Berufen.

Grenzen der Digitalisierung sieht Bruns kaum. Die Entwicklung verlaufe oft schneller als erwartet und eröffne ständig neue Möglichkeiten. Wichtiger als die Frage nach Grenzen ist für sie ein anderer Punkt: Transparenz. Systeme sollten nicht nur funktionieren, sondern auch erklärbar sein. Denn am Ende entscheidet nicht nur die Technologie selbst, sondern auch das Vertrauen der Menschen in ihre Funktionsweise.