Der KI-Boxenstopp in der Formel 1

Die Formel 1 (F1) ist eine der technologisch fortschrittlichsten Sportarten der Welt. Mit Autos, die ohrenbetäubende Geschwindigkeiten von über 370 km/h erreichen und Boxenstopps in zwei Sekunden absolvieren, erfordert sie innovativste Ingenieurskunst. In der F1 geht es ebenso sehr um die Fahrer und Autos wie um die Strategien, die von der Boxencrew bei der Analyse des Rennens entwickelt werden.

Während eines Rennens kommen verschiedenste Technologien zum Einsatz, und KI entwickelt sich zu einem der wichtigsten Werkzeuge für die Boxencrew. Schauen wir uns genauer an, wo KI in der F1 genau eingesetzt wird.

Link to this sectionComputer Vision beim Großen Preis von Abu Dhabi 2023#

Wenn F1-Fahrer mit allen vier Rädern über die Streckenbegrenzung hinausfahren, gilt dies als Verstoß gegen die Track Limits. Die Fédération Internationale de l’Automobile (FIA) überprüft diese Verstöße, und basierend auf den Ergebnissen werden Strafen verhängt.

Hunderte von Verstößen müssen bei jedem Rennen bearbeitet werden. Während des Großen Preises von Österreich 2023 prüften nur vier Personen rund 1.200 potenzielle Verstöße gegen die Track Limits. Bei den nachfolgenden Rennen reichte es trotz einer Aufstockung des Personals zur Überprüfung der Track Limits nicht aus.

Abb. 1. Die weiße Linie im Bild oben gilt als die Kante der Rennstrecke.

Beim Großen Preis von Abu Dhabi 2023 setzte die FIA daher auf Computer Vision. Sie verwenden Formanalyse, um die Streckenkante zu identifizieren und die Anzahl der Pixel zu berechnen, die über diese Linie hinausragen. Diese Ebene des Systems wird eingesetzt, um Fälle zu eliminieren, bei denen menschliches Eingreifen eindeutig nicht erforderlich ist. So kann sich die FIA auf die Fälle konzentrieren, die tatsächlich ihre Aufmerksamkeit benötigen.

Link to this sectionSteigerung der Fan-Einbindung mit KI-Erkenntnissen#

Einundsiebzig Prozent der Sportprofis sind der Meinung, dass die Einbindung der Fans entscheidend für das Erreichen ihrer Ziele ist. Wenn Menschen eine emotionale Bindung zum Sport spüren, kommen sie immer wieder zurück, was der Branche hilft, Einnahmen zu erzielen.

Ein Rennwochenende bedeutet mehr, als nur dein Lieblingsteam anzufeuern. Amazon Web Services (AWS) arbeitet mit der F1 zusammen, um tiefgreifende Einblicke in Entscheidungen in Sekundenbruchteilen zu geben und Leistungen mit detaillierten Statistiken zu präsentieren. Dies gelingt durch die Analyse von etwa 70 Jahren Renndaten, die auf Amazon S3 gespeichert sind. Neben historischen Daten können Machine-Learning-Modelle die Datenpunkte analysieren, die von über 300 Sensoren pro 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 Fahrer auswählen und analysieren – alles wird von Daten bestimmt.“ Schauen wir uns einige der Statistiken an, die diese Systeme ausgeben können:

• Battle Forecast: Die Battle Forecast prognostiziert, wie viele Runden es dauert, bis das verfolgende Auto in „Schlagdistanz“ zum vorausfahrenden Auto ist. Die Vorhersagen basieren auf Daten aus der Streckenhistorie und der voraussichtlichen Renngeschwindigkeit der Fahrer.
• Pit Strategy Battle: Dies bietet Fans zusätzliche Einblicke, um den Erfolg der Strategie jedes Fahrers und deren Ergebnisse in Echtzeit zu bewerten. Fans können zudem die subtilen Strategieänderungen der Fahrer nachverfolgen und deren Auswirkungen auf das Ergebnis sehen.
• Track Dominance: Dies gibt Fans und Kommentatoren einen Einblick, wo und wie ein Fahrer seine Rivalen auf der Strecke dominiert.
• Car Performance Scores: Diese Erkenntnis ermöglicht es Fans, ein bestimmtes Auto zu isolieren und dessen Leistung mit anderen Autos zu vergleichen. Die Vergleiche basieren auf der Kurvenleistung (wie gut ein Auto Geschwindigkeit, Stabilität und Kontrolle beim Einlenken oder Durchfahren von Kurven beibehält), der Geraden-Leistung (Beschleunigung und Höchstgeschwindigkeit des Autos auf geraden Streckenabschnitten) und dem Fahrzeug-Handling (die allgemeine Leichtigkeit und Reaktionsfähigkeit bei der Steuerung des Fahrzeugs, einschließlich Lenken, Bremsen und Manövrieren).

Abb. 2. Ein Beispiel für eine Visualisierung der Track Dominance, die Fans betrachten können.

Link to this sectionKI-gestütztes Sim-Racing#

Simulationsrennen, oder Sim-Racing, ist ein virtuelles F1-Rennerlebnis. Es wird oft genutzt, um Fahrern zu helfen, sich besser mit der Rennstrecke vertraut zu machen und ihre fahrerischen Fähigkeiten zu verbessern, ohne Verletzungen zu riskieren oder die Autos zu beschädigen. Durch die Integration von KI in das Sim-Racing können Teams dynamische Rennbedingungen, die Fahrzeugleistung unter verschiedenen Setups und sogar das Verhalten der Konkurrenten auf der Strecke simulieren.

Physik-Engines können das Fahrzeugverhalten präzise modellieren. Sie berücksichtigen Faktoren wie Aerodynamik, Reifengrip und Fahrwerkseinstellungen. Gleichzeitig werden Daten aus realen Rennen und Simulationen ständig analysiert, um Strategien zu verfeinern und die Leistung zu steigern. Sim-Racing-Setups können von grundlegenden Aufbauten mit Lenkrad und Pedalen bis hin zu Full-Scale-Simulatoren reichen, die Bewegungsplattformen, VR-Headsets und detaillierte Nachbildungen von F1-Cockpits umfassen.

Abb. 3. Max Verstappen, ein Formel-1-Fahrer, beim Sim-Racing. (Quelle: shop.gperformance.eu)

Link to this sectionF1-Teams und KI-Innovatoren: Eine Partnerschaft auf der Strecke#

Einige der besten F1-Teams nutzen aktiv KI und haben sogar KI-Unternehmen als offizielle Sponsoren unter Vertrag. Werfen wir einen kurzen Blick auf einige dieser Partnerschaften und den Mehrwert, den sie bieten.

Link to this sectionMercedes & G42#

G42 ist ein führendes KI- und Cloud-Computing-Unternehmen mit Sitz in den VAE. Sie sind offizieller Sponsor des Mercedes-AMG PETRONAS F1-Teams. G42 stattet das Team mit fortschrittlichen Datenanalyse- und Machine-Learning-Funktionen aus. Mit der Unterstützung von G42 kann das Team riesige Datenmengen in Echtzeit verarbeiten und wertvolle Erkenntnisse gewinnen, um datengestützte Entscheidungen zu treffen. Zum Beispiel können die KI-Algorithmen von G42 Telemetriedaten analysieren, um Fahrzeug-Setups für spezifische Strecken zu optimieren, wodurch die Leistung durch Feinabstimmung von Aerodynamik, Reifendruck und Kraftstoffmenge verbessert wird.

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

Link to this sectionRed Bull & Oracle#

Das Red Bull Racing Team nutzt KI, um den Kraftstoffverbrauch zu optimieren, was ihnen hilft, die Kraftstoffnutzung zu verbessern und somit länger schneller zu fahren – ein entscheidender Faktor für Rennsiege. Dieses Formel-1-Team gewann die Fahrer- und Konstrukteursmeisterschaft 2023 in einer rekordbrechenden Saison. Das Team verlässt sich auf die Oracle Cloud, um Rennstrategie, Motorenentwicklung, Sim-Racing, Fan-Engagement und mehr voranzutreiben.

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

Link to this sectionFerrari & AWS#

Amazon Web Services (AWS) ist einer der offiziellen Sponsoren des Scuderia Ferrari F1-Teams. Das Scuderia Ferrari-Team entwickelte einen virtuellen Bodengeschwindigkeitssensor mithilfe von (KI) und Machine Learning über Amazon SageMaker. Sie konnten dadurch schnellere und zuverlässigere Daten an ihre Ingenieure liefern. Das Team schaffte es, das Fahrzeuggewicht zu reduzieren, was ein entscheidender Faktor in einem Sport ist, in dem jedes Gramm zählt. Sie nutzten AWS auch, um ML-Modelle auf der Basis der Spieltheorie zu entwickeln, mit denen die Variablen der Rennstrategie analysiert werden.

Abb. 6. Das Scuderia Ferrari F1 Team wird von AWS unterstützt (thelastcorner.it).

Link to this sectionWas sehen wir in dieser Saison?#

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

Fangen wir mit dem Bestreben an, die Fans näher an das Geschehen heranzubringen. Dies hat zur Einführung neuer Kamerawinkel geführt. Das F1-Übertragungsteam arbeitet eng mit Aston Martin zusammen, um eine Rücklichtkamera zu entwickeln. Die Idee dahinter ist es, uns eine Sicht direkt von der Rückseite des Autos zu geben, um die Intensität des Rennens so einzufangen, wie wir es bisher noch nicht gesehen haben. KI trägt dazu bei, dass diese Bilder scharf und klar sind, indem sie Fokus und Belichtung in Echtzeit anpasst, um den Herausforderungen von Geschwindigkeit und wechselnden Lichtverhältnissen zu begegnen.

In Bezug auf die Übertragung gibt es auch ein neues, überarbeitetes Replay-System, das von KI angetrieben wird. Dieses KI-System kann Videomaterial sofort durchsuchen, um die wichtigsten Momente hervorzuheben, und stellt so sicher, dass die Fans keine Action verpassen. Es ist sogar in der Lage, Zeitlupenaufnahmen aus regulärem Filmmaterial zu erstellen, was dem Seherlebnis eine neue Dimension verleiht.

Es gibt auch viel Wirbel um den möglichen Einsatz von Drohnen für Live-Aufnahmen, inspiriert durch eine virale First-Person-View (FPV)-Aufnahme von Max Verstappen auf einer Testrunde. Es gibt zwar noch Hürden in Bezug auf die Sicherheit, die überwunden werden müssen. Aber die Möglichkeit, Drohnenaufnahmen in Zukunft einzubeziehen, ist aufregend. Es geht darum, neue Wege zu finden, um den Nervenkitzel des Rennens zu den Zuschauern nach Hause zu bringen.

Abb. 7. The Fastest F1 Shot.

Apropos Nervenkitzel: Auch der Audiobereich der Übertragung wird aufgerüstet. Das Ziel dieses Upgrades ist es, den Zuschauern das Gefühl zu geben, direkt an der Strecke zu sein, wobei sie vom Dröhnen der Motoren umgeben sind. KI-Algorithmen werden eingesetzt, um die Audioaufnahme und -verarbeitung zu verfeinern, damit der Übertragungssound immersiv ist, ohne störend zu wirken. Wir wollen die Motoren beschleunigen hören, aber das Rennen trotzdem ohne zu hohe Lautstärke genießen können.

Link to this sectionÜber die Ziellinie fahren#

KI kann zwar ein nützliches Werkzeug sein, aber sie kann keine menschlichen Fahrer und Boxencrews mit jahrelanger Erfahrung und Talent ersetzen. Dennoch wird es interessant sein zu sehen, wie KI die Formel 1 in Zukunft beeinflussen wird. Fortgeschrittenere Technologie bedeutet fundiertere Entscheidungen auf der Strecke, was zu erstaunlichen Kämpfen um die Zielflagge führt!

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