Braucht Feuerwehr Forschung?

Letztes Jahr feierte das Institut für Feuerwehr- und Rettungstechnologie (IFR) der Feuerwehr Dortmund seinen 15. Geburtstag. 2020 ist das Institut der Fachbereichsleitung als Stabsstelle zugeordnet worden. Seit seiner Gründung ist das IFR langsam, aber kontinuierlich gewachsen. Von anfänglich drei Personen (Institutsleiter, Verwaltungskraft, Wissenschaftler) ausgehend, zählt das IFR derzeit 13 Mitarbeitende. Dazu gehören – neben dem Fachbereichsleiter als derzeitigen Institutsleiter – die Teamleitung, eine Verwaltungskraft, sieben wissenschaftliche (WiMa) und vier studentische (SMa) MitarbeiterInnen.

Von der (Projekt-)Idee auf die Straße –
ein mühevoller Weg…

Trotz der Dynamik und der Veränderungsprozesse spielt die ­Perspektive des Praxisanwenders in der Forschung nach wie vor die wichtigste Aufgabe des IFR. Das IFR hat in den 15 Jahren eine Vielzahl von drittmittelgeförderten Forschungsprojekten begleitet und zum Teil auch koordiniert. Die Projekte haben dazu beigetragen, neues Wissen für die zivile Gefahrenabwehr zu generieren und diese entscheidend voranzubringen – immer mit dem Ziel, mithilfe der Entwicklungen die Einsatzkräfte bei Ihrer Arbeit nicht nur zu unterstützen, sondern auch in erster Linie ihren Schutz zu erhöhen.

Forschung und Praxis – hier begegnen sich zwei Welten: Die im Einsatzfall blitzschnell handelnde Feuerwehr steht dem unter Umständen Jahre dauernden Innovationszyklus „von der Idee auf die Straße“ mit vielen Fragezeichen gegenüber: viele interessante und innovative Projekte, aber wo bleiben die greifbaren und sichtbaren Ergebnisse, die für die Feuerwehr im Einsatz jetzt nutzbar sind? Warum werden entwickelte Technologien nicht nach dem Projektende direkt in die Nutzung der Feuerwehr überführt? Warum finden sich diese Entwicklungen noch nicht „auf der Straße“? Die Antwort auf diese Fragen ist nicht trivial, soll aber nachfolgend kurz zusammengefasst werden: Die Beteiligung an Forschungsvorhaben gehört nicht zu den Kernaufgaben einer Kommune.

Das IFR beteiligt sich daher nur an Forschungsvorhaben, die durch Zuwendungsmittel im besten Fall zu 100% refinanziert sind. In den Förderbestimmungen ist deutlich definiert, was in welchem Rahmen und Umfang gefördert werden kann bzw. darf. Die Entwicklung eines marktreifen Produktes wird nicht durch öffentliche Mittel gefördert. Die (Weiter-)Entwicklung vom „guten Projektergebnis“ zum „Produkt“ ist Wirtschaftsakteuren bzw. Firmen vorbehalten, die am Markt untereinander im Wettbewerb stehen. Forschungsförderung soll zwar neues Wissen generieren, jedoch nicht den Wettbewerb verhindern. Öffentlich geförderte Vorhaben – hier Forschungsprojekte – umfassen daher nicht alle Stufen des Technologiereifegrades („Technology Readiness Level“ oder „TRL“) eines bestimmten Produktes oder eines Ansatzes.

Die verschiedenen öffentlichen Förderprogramme und Richtlinien umfassen dementsprechend nur wenige Schritte des Zyklus, z.B. zur Schaffung von Grundlagen oder dem Nachweis der Machbarkeit eines technologischen Ansatzes. Forschung endet in der Regel beim „Versuch unter Einsatzbedingungen“ (TRL5). Danach beginnt die Entwicklung.

„Tal des Todes“

Auch wenn eine Lösung für ein bestehendes Problem im Rahmen von Forschungsprojekten entwickelt wird und bei Projektabschluss vorliegt, muss die gute Lösung noch einen langen Weg gehen und sich in technische und konzeptionelle Ansätze einfügen, um für die Feuerwehr auf die Straße gebracht zu werden. Gerade bei vollständig neuen Lösungen sind u. U. auch Rahmenbedingungen zu verändern, bevor sie genutzt werden dürfen (z.B. rechtliche Anpassungen, Zertifizierungs- und Standardisierungsverfahren). Dies betrifft alle Bereiche – auch im Feuerwehrwesen.

Nicht zuletzt muss sich aber auch jemand aus Wirtschaft und Industrie finden, der die Entwicklung realisiert und das Produkt fertigt, verkauft, betreibt und „betreut“ (z.B. technischer Support, Garantie, Ersatzteile). Das Risiko ist dabei für die Wirtschaft erst einmal hoch. Es müssen als Vorleistung viele Ressourcen (Zeit / Geld) – ohne Gewähr auf Erfolg – investiert werden, bis ein Ansatz den Status „Testprodukt“ oder „Prototyp“ erhält und an die Nutzer bzw. Anwender für Testzwecke zur Demonstration des Nutzens im Einsatz weitergegeben werden kann. Und gerade diese Phase ist sehr kritisch: viele Ideen bleiben hier auf der Strecke und „sterben“ im so genannten „Tal des Todes“.

Dieses „Tal“ ist dadurch gekennzeichnet, dass hier die Forschungsressourcen nicht mehr im vollen Umfang verfügbar sind (Förderung ist ausgelaufen) und die Kommerzialisierungsressourcen noch nicht aufgebaut werden konnte (Marktinteresse ist noch nicht vollständig ausgebaut). Ziel muss es daher sein, dieses „Tal“ zu überbrücken und sowohl gute Ideen als auch Projektansätze bis hin zur Realisierung weiter zu verfolgen. Wie die Transfergeschwindigkeit der guten Idee „auf die Straße“ optimiert werden kann, ist eine der zentralen Fragestellungen für den begonnenen Gestaltungsprozess. Eines ist schon jetzt klar: eine enge Zusammenarbeit der drei Akteure „Wissenschaft“, „Wirtschaft“ und „Anwender“ ist durchgängig zwingend erforderlich. Damit die guten Ideen nicht nur reine Theorie bleiben und im „Forschungsschrank“ landen, müssen an den Forschungsvor­haben Anwender mit Praxis-Know-How beteiligt sein.

Forschung und Feuerwehr?

Was heißt das für die Feuerwehr? Die Feuerwehr ist es gewohnt, im Sinne des Führungskreislaufs schnell zu agieren und auf bestehende Probleme direkt eine Lösung mithilfe diverser Maßnahmen ad-hoc anzubieten. Der Führungskreislauf lässt sich auch auf die Forschung übertragen - die zeitliche Dimension ist aber eine andere! Hier ist (leider) mehr Ausdauer und längerer Atem notwendig.

Forschung für die Feuerwehr konzentriert sich auf zukunftsorientierte, innovative Lösungen im Sinne der Wissenschaft – Einbindung künstlicher Intelligenz in Leitstellen oder fliegende Sensorik. All diese Ansätze spiegeln sich in den laufenden Projekten wider, wie drei Beispiele deutlich machen.

CBRN-UAS-PROBE

– Gefahrstoff-Probenahme (CBRN) mit unbemannten Flugsystemen (2021-2024)

Im Mai 2021 startete das Projekt CBRN-UAS-Probe bei dem die Feuerwehr Dortmund, vertreten durch das IFR, als Anwender aktiv ist. Zusammen mit der Firma Oritest Saxonia GmbH aus Leipzig (spezialisiert auf die Ausstattung in der CBRN-Gefahrenabwehr), der Sensortechnik und Elektronik Pockau (STEP) (Hersteller von Messgeräten wie z.B. Ionenmobilitätsspektrometer und Photoionisationsdetektoren), dem Zentrum für angewandte Forschung und Technik der Universität Dresden (ZAFT) und THOLEG Civil Protection Systems aus Weltzow (Drohnenhersteller) wird ein Demonstrator für eine Drohne zur Gefahrstoffprobenahme entwickelt.

Da die Feuerwehr Dortmund als Analytische Task Force (ATF) Standort eine herausragende Rolle in der CBRN-Gefahrenabwehr einnimmt, ist dieses Projekt, bzw. die Verwendung der Ergebnisse aus diesem Projekt, für die Feuerwehr Dortmund sehr interessant und bringt bei Erfolg einen Mehrwert im Zuge des Konzeptes zur CBRN-Probenahme und der Implementierung in die Arbeitsabläufe der ATF.

In Zusammenarbeit mit der Dortmunder ATF wurden abgeschlossene CBRN-Einsätze analysiert, ein Anforderungskatalog bezüglich der Probenahme und der Steuerungssoftware für die Drohne erstellt und die Konzepte im engen Austausch mit den beteiligten Firmen und weiteren ATF-Standorten diskutiert. In einem iterativen Austausch werden sowohl der im Projekt zu entwickelnde Probenahmecontainer als auch die eigens für diese Anwendung geschriebene Steuersoftware ständig optimiert und auf die Bedarfe der CBRN-Einheiten abgestimmt. Die ersten Flugtests, mit den neuentwickelten Aufbauten zur Probenahme und der neuen Steuerungssoftware fanden bereits in der ersten Hälfte des Jahres 2022 statt. Die ersten Tests zur eigentlichen Probenahme von gasförmigen Stoffen sind für die zweite Jahreshälfte geplant. Neben der anvisierten Probenahme von luftgetragenen Gefahrstoffen, sollen im Projekt auch Möglichkeiten zur Probennahme von flüssigen und festen Stoffen geschaffen werden, um so die Einsatzkräfte bei der CBRN-Probenahme vollumfänglich zu unterstützen.

Das Projekt CBRN-UAS-PROBE wird durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen der Bekanntmachung: „KMU-innovativ: Forschung für die zivile Sicherheit“ gefördert.

NotAs

– Multilingualer Notruf Assistent: Unterstützung der Notrufannahme durch KI-basierte Sprachverarbeitung (2020 – 2022)

Im Rahmen des Projekts NotAs soll eine digitale Kommunikationsunterstützung für Feuerwehr- und Rettungsleitstellen entwickelt werden. Diese soll es den DisponentInnen ermöglichen, sich mit hilfeersuchenden Personen zu verständigen, deren Kenntnisse der deutschen Sprache nicht ausreichen, um die an sie gerichteten Fragen verstehen und beantworten zu können. Hierzu wird die Sprache der anrufenden Person transkribiert und maschinell übersetzt. Mittels Künstlicher Intelligenz soll das System wichtige Informationen wie bspw. Ortsangaben, Telefonnummern usw. erkennen und an einer Schnittstelle für eine weitere maschinelle Verarbeitung, z.B. durch eine Leitstellensoftware, bereitstellen. In 2021 wurde von den Verbundpartnern am Aufbau eines Systemdemonstrators gearbeitet. Das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) entwickelt die Module für die Maschinelle Übersetzung und die Interpretation der Inhalte. Der Projektpartner ist als Hersteller für Leitstellentechnik für die Ausarbeitung eines ­Frameworks verantwortlich, durch das die einzelnen Module zu der in der Abbildung skizzierten Verarbeitungskette verknüpft werden. Ferner ist er für die Integration der Spracherkennung zuständig. Das Modul erkennt die Landessprache der anrufenden Person und überführt das Gesagte in eine Textdatei, die von den nachgeschalteten Modulen verarbeitet werden kann.

Parallel zur Integration des Demonstrators wurden am IFR kontinuierlich Trainingsdaten erstellt, anhand derer das System u.a. lernen kann, welche Inhalte eines Notrufs für eine weitere maschinelle Verarbeitung von Bedeutung sind. Auf Grundlage einer rechtlichen Prüfung wurde beschlossen, die für diesen Zweck benötigten Notrufgespräche zu simulieren. Fast das gesamte ­Personal des IFR war an der einen oder anderen Stelle eingebunden, um eine möglichst große Bandbreite an Szenarien und Sprechweisen abdecken zu können. Ferner wurden Telefonate auf ­Englisch und Polnisch aufgenommen, um die Übersetzungsfunktion des Systemdemonstrators testen und verbessern zu können. Im Oktober 2021 erreichte das Projekt NotAs seinen Meilenstein. Bis dato waren insgesamt etwa 550 Notrufgespräche aufgenommen und in Fleißarbeit transkribiert worden. Zum Meilenstein wurde eine erste rudimentäre Version des Systemdemonstrators vorgestellt, die erste Implementierungen der Sprach­erkennung und Maschinellen Übersetzung beinhaltet. Ziel ist es, im Frühjahr 2022 eine weiterentwickelte Version des Demons­-
trators zur Verfügung zu stellen und umfangreichen Tests zu unterziehen.

Das Projekt NotAs wird durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen der Fördermaßnahme „Anwender – Innovativ: Forschung für die zivile Sicherheit II“ gefördert.

CELIDON

 – Unterstützung von Rettungskräften durch Lokalisierung im Ausbildung- und Rettungseinsatz (2019-2021)

Nach fast drei Jahren ist das im März 2019 gestartete Projekt Celidon, trotz einer notwendigen Projektverlängerung, im Juni 2021 erfolgreich zum Abschluss geführt worden. Ziel des Projektes war es, die Trennung eines Feuerwehr-Angriffstrupps im Atemschutzeinsatz unter Nullsicht zu vermeiden bzw. eine schnelle und sichere Zusammenführung der Truppmitglieder zu ermöglichen, sofern eine solche Trennung erfolgt ist.

Während der Projektlaufzeit konnte das IFR in Zusammenarbeit mit den Projektpartnern eine Sensor-Infrastruktur (Lokalisierungssystem) auf der Kaltseite des Brandhauses installieren. Mittels einer Funkverbindung ermöglicht das Lokalisierungssystem die Visualisierung der Standortinformationen eines Angrifftrupps auf einem Mikrodisplay innerhalb einer Atemschutzmaske. Somit ist es möglich, dass Truppangehörige die eigene sowie die Position des Trupppartners bzw. der Trupppartnerin in einem animierten Geschossplan angezeigt bekommen. Die Anzeige des Mikrodisplays innerhalb der Atemschutzmaske funktioniert problemlos bei vollständiger Nullsicht.

Außerhalb des Brandhauses, reduziert das Celidon-System die angezeigte Positionsinformation auf eine Vektordarstellung, also einen Richtungspfeil mit Entfernungsangabe. Dieser Vektorpfeil zeigt in Echtzeit die relative Position zu anderen Truppmitgliedern und anderen Trupps. Aufbauend auf den erfolgreichen Arbeiten des Projekts, visiert das IFR zusammen mit den anderen Projektpartnern eine Weiterentwicklung des Celidon-Systems an. Ziel des neuen Projekts soll die Einsatzreife des Systems sein, da diese im ursprünglichen Projekt nicht erzielt werden durfte.

Gefördert wurde Celidon durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF). Inhaltlich und administrativ vertrat das VDI Technologiezentrum die Rolle des Projektträgers.

Feuerwehr braucht Forschung und Transfer!

Um mit den veränderten Anforderungen durch komplexe Schadenslagen, neue Technologien und Verfahren Schritt halten zu können, sind Feuerwehren auf gute Ausbildung, funktionsfähige und belastbare Einsatzkonzepte und moderne Technik angewiesen. Die Forschung liefert hier seit Jahren sehr gute Lösungsansätze – wenig davon ist bislang bei den Feuerwehren angekommen. Das gute und etablierte System der Sicherheitsforschung ist ggf. unter Einbeziehung der Wirtschaft- und Innenressorts von Bund und Ländern zu einem „Innovationszyklus der Gefahrenabwehr“ weiterzuentwickeln. Gute Forschungsergebnisse müssen zu Prototypen weiterentwickelt und in Pilotregionen zur Anwendung gebracht werden. Hier kann unter Beteiligung von Unternehmen die Anwendungs- und Marktreife hergestellt und ein schneller Transfer für die Anwender realisiert werden! Die Verzahnung aller Akteure von der Bedarfsfeststellung bis zur Anwendung sichert nicht nur das hohe Niveau der Gefahrenabwehr in Deutschland, sondern auch die Innovationskraft der deutschen Wirtschaft – Safety made in Germany!