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Der KI-Boxenstopp in der Formel 1

Gehe über die Formel-1-Strecke hinaus und erlebe, wie KI Boxenstopps optimieren, Autodesigns neu definieren und Fans als das ultimative unsichtbare Boxencrew-Mitglied des Sports glücklich machen kann.

Die Formel Eins (F1) ist eine der technisch anspruchsvollsten Sportarten der Welt. Mit Autos, die atemberaubende Geschwindigkeiten von 230 mph erreichen und Boxenstopps in zwei Sekunden absolvieren, erfordert sie die innovativste Technik. In der Formel 1 geht es nicht nur um die Fahrer und Autos, sondern auch um die Strategien der Boxencrews, die das Rennen analysieren.

Während eines Rennens kommen verschiedene Technologien zum Einsatz, und KI wird zu einem der wichtigsten Werkzeuge, die der Boxencrew zur Verfügung stehen. Schauen wir uns einmal genauer an, wo genau KI in der Formel 1 eingesetzt wird.

Computer Vision beim Großen Preis von Abu Dhabi 2023 

Wenn F1-Piloten mit allen vier Rädern über den Rand der Strecke hinausfahren, gilt dies als Verstoß gegen die Streckenbegrenzung. Die Fédération Internationale de l'Automobile (FIA) prüft diese Verstöße, und je nach Ergebnis werden Strafen verhängt. 

Bei jedem Rennen müssen Hunderte von Verstößen bearbeitet werden. Beim Großen Preis von Österreich 2023 bearbeiteten nur vier Personen rund 1.200 potenzielle Verstöße gegen die Streckenbegrenzung. Bei den folgenden Rennen wurde die Zahl der Mitarbeiter/innen, die Verstöße gegen die Streckenbegrenzung kontrollieren, zwar erhöht, aber das reichte nicht aus.

Abb. 1. Die weiße Linie im obigen Bild gilt als der Rand der Strecke.

Beim Großen Preis von Abu Dhabi 2023 setzt die FIA daher auf Computer Vision. Mithilfe der Formanalyse wird die Streckenkante ermittelt und die Anzahl der Pixel berechnet, die über diese Linie hinausgehen. Auf dieser Ebene des Systems werden Fälle eliminiert, in denen ein menschliches Eingreifen eindeutig nicht erforderlich ist. So kann sich die FIA auf die Fälle konzentrieren, die tatsächlich ihre Aufmerksamkeit erfordern.

Steigerung des Fan-Engagements mit KI-Insights

Einundsiebzig Prozent der Sportprofis glauben, dass das Engagement der Fans entscheidend ist, um ihre Ziele zu erreichen. Wenn die Menschen eine emotionale Bindung zum Sport spüren, kommen sie immer wieder, und das hilft der Branche, Einnahmen zu erzielen.

Zu einem Rennwochenende gehört mehr als nur das Anfeuern deines Lieblingsteams. Amazon Web Services (AWS) hat sich mit der Formel 1 zusammengetan, um mit detaillierten Statistiken tiefe Einblicke in sekundenschnelle Entscheidungen und herausragende Leistungen zu ermöglichen. Dies geschieht durch die Analyse von rund 70 Jahren Renndaten, die auf Amazon S3 gespeichert sind. Neben den historischen Daten können die Modelle des maschinellen Lernens auch die Datenpunkte analysieren, die von über 300 Sensoren in jedem F1-Auto gesammelt werden. Wir sprechen hier von mehr als 1,1 Millionen Datenpunkten pro Sekunde! 

Es ist nur natürlich, dass der CEO von Oracle Red Bull Racing, Christian Horner, glaubt: "Daten sind das Lebenselixier des Teams. Jedes Element der Leistung - wie wir ein Rennen fahren, wie wir ein Auto entwickeln, wie wir Fahrerinnen und Fahrer auswählen und analysieren - alles wird von Daten gesteuert." Werfen wir einen Blick auf einige der Statistiken, die diese Systeme ausgeben können:

  • Kampfvorhersage: Die Kampfvorhersage sagt voraus, wie viele Runden es dauert, bis das Verfolgerauto in Schlagdistanz zum Auto vor ihm ist. Die Vorhersagen werden anhand von Daten aus dem Streckenverlauf und der voraussichtlichen Geschwindigkeit der Fahrer erstellt.
  • Boxenstrategie-Battle: Es bietet den Fans zusätzliche Einblicke in die Bewertung der erfolgreichen Strategie der einzelnen Fahrer und deren Ergebnisse in Echtzeit. Die Fans können auch die subtilen Strategieänderungen der Fahrer verfolgen und ihre Auswirkungen auf das Ergebnis sehen.
  • Streckendominanz: Sie gibt den Fans und Kommentatoren einen Einblick, wo und wie ein Fahrer seine Rivalen auf der Strecke dominiert.
  • Auto-Leistungswerte: Mit diesem Einblick können Fans ein bestimmtes Auto isolieren und seine Leistung mit anderen Autos vergleichen. Die Vergleiche basieren auf dem Kurvenverhalten (wie gut ein Auto seine Geschwindigkeit, Stabilität und Kontrolle beim Abbiegen oder Durchfahren von Kurven beibehält), dem Geradeauslauf (Beschleunigung und Höchstgeschwindigkeit auf geraden Strecken) und dem Fahrverhalten (die allgemeine Leichtigkeit und Reaktionsfähigkeit bei der Steuerung des Fahrzeugs, einschließlich Lenkung, Bremsen und Manövrieren).
Abb. 2. Ein Beispiel für eine Visualisierung der Streckendominanz, die Fans sehen können.

KI-gestützte Rennsimulation

Ein Simulationsrennen ist ein virtuelles F1-Rennerlebnis. Es wird oft eingesetzt, um Fahrer/innen mit der Rennstrecke vertraut zu machen und ihre Rennfähigkeiten zu verbessern, ohne Verletzungen oder Schäden an den Autos zu riskieren. Durch den Einsatz von künstlicher Intelligenz in Rennsimulationen können Teams dynamische Rennbedingungen, die Leistung der Autos bei verschiedenen Einstellungen und sogar das Verhalten der Konkurrenten auf der Strecke simulieren. 

Physik-Engines können das Fahrzeugverhalten genau modellieren. Dabei werden Faktoren wie Aerodynamik, Reifenhaftung und Fahrwerkseinstellungen berücksichtigt. Gleichzeitig werden Daten aus realen Rennen und Simulationen ständig analysiert, um Strategien zu verfeinern und die Leistung zu verbessern. Die Rennsimulationen reichen von einfachen Systemen mit einem Lenkrad und Pedalen bis hin zu kompletten Simulatoren mit Bewegungsplattformen, VR-Headsets und detaillierten Nachbildungen von F1-Cockpits.

Abb. 3. Max Verstappen, ein Formel-1-Fahrer, bei einer Rennsimulation.

F1-Teams und KI-Innovatoren: Ein Match auf der Rennstrecke

Einige der besten F1-Teams nutzen aktiv KI und haben sogar KI-Unternehmen als offizielle Sponsoren gewonnen. Sehen wir uns kurz einige dieser Partnerschaften und ihren Wert an. 

Mercedes & G42

G42 ist ein führendes KI- und Cloud-Computing-Unternehmen mit Sitz in den Vereinigten Arabischen Emiraten. Es ist der offizielle Sponsor des Mercedes-AMG PETRONAS F1 Teams. G42 stattet das Team mit fortschrittlicher Datenanalyse und maschinellen Lernfähigkeiten aus. Mit der Unterstützung von G42 kann das Team große Datenmengen in Echtzeit verarbeiten und wertvolle Erkenntnisse gewinnen, um datengestützte Entscheidungen zu treffen. So können die KI-Algorithmen von G42 beispielsweise Telemetriedaten analysieren, um die Fahrzeugabstimmung für bestimmte Strecken zu optimieren und die Leistung durch Feinabstimmung von Aerodynamik, Reifendruck und Kraftstoffverbrauch zu verbessern.

Abb. 4. G42 ist ein offizieller Partner von Mercedes-AMG F1.

Red Bull & Oracle

Das Red Bull Racing Team nutzt KI, um den Treibstoffverbrauch zu optimieren und dadurch länger schneller zu fahren, was ein entscheidender Faktor für den Sieg sein kann. Das Formel-1-Team hat in einer Rekordsaison 2023 die Fahrer- und Konstrukteursmeisterschaft gewonnen. Das Team verlässt sich auf die Oracle Cloud, um die Rennstrategie, die Motorenentwicklung, die Rennsimulation, das Engagement der Fans und vieles mehr zu unterstützen.

Abb. 5. Das Red Bull Racing Team wird von Oracle gesponsert.

Ferrari & AWS

Amazon Web Services (AWS) ist einer der offiziellen Sponsoren des Scuderia Ferrari F1 Teams. Das Team der Scuderia Ferrari hat mit Hilfe von (KI) und maschinellem Lernen über Amazon SageMaker einen virtuellen Bodengeschwindigkeitssensor erstellt. Das Team war in der Lage, seinen Ingenieuren schnellere und verlässlichere Daten zu liefern. Das Team war in der Lage, das Gewicht des Fahrzeugs zu reduzieren, was in einem Sport, in dem jedes Gramm zählt, ein entscheidender Faktor ist. Sie nutzten AWS auch, um ML-Modelle zu entwickeln, die auf der Spieltheorie beruhen, um die Variablen der Rennstrategie zu analysieren.

Abb. 6. Das Scuderia Ferrari F1 Team wird von AWS unterstützt.

Was sehen wir in dieser Saison?

Die Saison 2024 begann im März mit dem Großen Preis von Bahrain. Bisher haben wir erst vier Rennen hinter uns, aber es war ein spannender Start in die Saison. Gleich zu Beginn sehen wir neue KI-Innovationen, die in dieser Saison ihr Debüt geben.

Beginnen wir mit dem Bestreben, die Fans näher ans Geschehen zu bringen. Das hat zur Einführung neuer Kameraperspektiven geführt. Das F1-Übertragungsteam arbeitet eng mit Aston Martin zusammen, um eine Rücklichtkamera zu entwickeln. Die Idee dahinter ist, uns einen Blick von hinten auf das Auto zu geben und so die Intensität des Rennens auf eine Weise einzufangen, die wir bisher noch nicht gesehen haben. Die künstliche Intelligenz sorgt dafür, dass die Bilder scharf und klar sind und passt den Fokus und die Belichtung in Echtzeit an, um den Herausforderungen der Geschwindigkeit und der wechselnden Lichtverhältnisse gerecht zu werden.

Was die Übertragung angeht, so gibt es auch ein neues, überarbeitetes Wiedergabesystem, das von einer KI unterstützt wird. Dieses KI-System kann das Filmmaterial sofort sortieren, um die wichtigsten Momente hervorzuheben und sicherzustellen, dass die Fans nichts von der Action verpassen. Es ist sogar in der Lage, Zeitlupenwiederholungen aus regulärem Filmmaterial zu erstellen, was dem Seherlebnis eine neue Dimension verleiht.

Auch der mögliche Einsatz von Drohnen für Live-Aufnahmen ist in aller Munde, inspiriert durch eine virale First-Person-View-Aufnahme (FPV) von Max Verstappen auf einer Testrunde. Es gibt noch einige Hürden in Bezug auf die Sicherheit zu überwinden. Aber die Möglichkeit, in Zukunft auch Drohnenaufnahmen zu machen, ist spannend. Es geht darum, neue Wege zu finden, um den Zuschauern zu Hause den Nervenkitzel des Rennens zu vermitteln.

Abb. 7. Der schnellste F1-Schuss.

Apropos Nervenkitzel: Auch der Audioteil der Übertragung soll ein Upgrade erhalten. Das Ziel dieses Upgrades ist es, den Zuschauern das Gefühl zu geben, dass sie sich direkt auf der Strecke befinden und von dem Dröhnen der Motoren umgeben sind. KI-Algorithmen werden eingesetzt, um die Audioaufnahme und -verarbeitung so zu optimieren, dass der Sound der Übertragung mitreißend ist, ohne zu laut zu sein. Wir wollen hören, wie die Motoren beschleunigen, aber trotzdem das Rennen ohne zu viel Lautstärke genießen können.

Das Überqueren der Ziellinie

KI kann zwar ein nützliches Werkzeug sein, aber sie kann die menschlichen Fahrer und Boxencrews mit ihrer jahrelangen Erfahrung und ihrem Talent nicht ersetzen. Es wird also interessant sein zu sehen, wie die KI die Formel 1 in Zukunft beeinflussen wird. Eine fortschrittlichere Technologie bedeutet fundiertere Entscheidungen auf der Rennstrecke, was zu spannenden Kämpfen um die karierte Flagge führt!

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