Der KI-Boxenstopp in der Formel 1

Die Formel 1 (F1) ist eine der technologisch fortschrittlichsten Sportarten der Welt. Bei Geschwindigkeiten von bis zu 230 mph und Boxenstopps von zwei Sekunden erfordert sie die innovativste Ingenieurskunst. In der F1 geht es ebenso sehr um die Fahrer und die Autos wie um die Strategien, die von den Mitgliedern der Boxencrew entwickelt werden, 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. Werfen wir einen genaueren Blick darauf, wo KI in der F1 konkret eingesetzt wird.

Computer Vision beim Großen Preis von Abu Dhabi 2023#

Wenn F1-Fahrer mit allen vier Rädern über den Rand der Strecke hinausfahren, gilt dies als Verstoß gegen die Streckenbegrenzung. Die Internationale Automobil-Föderation (FIA) überprüft diese Verstöße, und auf Grundlage der Ergebnisse werden Strafen verhängt.

Bei jedem Rennen müssen Hunderte von Verstößen bearbeitet werden. Beim Großen Preis von Österreich 2023 bearbeiteten nur vier Menschen etwa 1.200 mögliche Verstöße gegen die Streckenbegrenzung. Bei den folgenden Rennen reichte es trotz einer Aufstockung des Personals zur Überprüfung der Verstöße gegen die Streckenbegrenzung nicht aus.

Abb. 1 Die weiße Linie im obigen Bild gilt als Streckenrand.

Beim Großen Preis von Abu Dhabi 2023 wandte sich die FIA daher der Computer Vision zu. Sie verwendet eine Formenanalyse, um den Streckenrand zu erkennen und die Anzahl der Pixel zu berechnen, die über diese Linie hinausragen. Diese Systemebene wird eingesetzt, um Fälle auszuschließen, in denen menschliches Eingreifen offensichtlich nicht erforderlich ist. Dadurch kann sich die FIA auf Fälle konzentrieren, die tatsächlich ihre Aufmerksamkeit erfordern.

Mit KI-Erkenntnissen die Fanbindung steigern#

71 Prozent der Sportfachleute sind der Meinung, dass die Fanbindung entscheidend für das Erreichen ihrer Ziele ist. Wenn Menschen eine emotionale Verbindung zum Sport spüren, kommen sie immer wieder, und das hilft der Branche, Einnahmen zu erzielen.

Ein Rennwochenende umfasst mehr, als nur dein Lieblingsteam anzufeuern. Amazon Web Services (AWS) arbeitet mit der F1 zusammen, um detaillierte Einblicke in Entscheidungen im Sekundenbruchteil zu liefern und Leistungen anhand umfassender Statistiken zu präsentieren. Möglich wird das durch die Analyse von etwa 70 Jahren Renndaten, die auf Amazon S3 gespeichert sind. Neben historischen Daten können Modelle für maschinelles Lernen die Datenpunkte analysieren, die von über 300 Sensoren jedes F1-Autos erfasst werden. Wir sprechen von mehr als 1,1 Millionen Datenpunkten pro Sekunde!

Es ist nur natürlich, dass der CEO von Oracle Red Bull Racing, Christian Horner, sagt: „Daten sind das Lebensblut des Teams. Jedes Leistungselement – wie wir ein Rennen fahren, wie wir ein Auto entwickeln, wie wir Fahrer auswählen und analysieren – wird durch Daten gesteuert.“ Sehen wir uns einige der Statistiken an, die diese Systeme ausgeben können:

• Kampfprognose: Die Kampfprognose sagt voraus, wie viele Runden es dauert, bis das verfolgende Auto in Schlagdistanz zum vorausfahrenden Auto ist. Die Vorhersagen basieren auf Daten zur Streckenhistorie und zur erwarteten Geschwindigkeit des Fahrers.
• Boxenstopp-Strategiekampf: Diese Funktion liefert den Fans zusätzliche Einblicke, um in Echtzeit zu beurteilen, wie erfolgreich die Strategie jedes Fahrers ist und welche Ergebnisse sie erzielt. Fans können außerdem die subtilen Strategieänderungen der Fahrer verfolgen und deren Auswirkungen auf das Ergebnis sehen.
• Dominanz auf der Strecke: Diese Funktion gibt Fans und Kommentatoren Einblick darin, wo und wie ein Fahrer seine Rivalen auf der Rennstrecke dominiert.
• Bewertungen der Fahrzeugleistung: Diese Funktion ermöglicht es Fans, ein bestimmtes Auto isoliert zu betrachten und seine Leistung mit der anderer Autos zu vergleichen. Die Vergleiche basieren auf der Kurvenleistung (wie gut ein Auto beim Abbiegen oder Durchfahren von Kurven Geschwindigkeit, Stabilität und Kontrolle beibehält), der Leistung auf Geraden (Beschleunigungsvermögen und Höchstgeschwindigkeit des Autos auf geraden Streckenabschnitten) und dem Fahrverhalten (wie leicht und reaktionsschnell sich das Fahrzeug insgesamt steuern lässt, einschließlich Lenken, Bremsen und Manövrieren).

Abb. 2 Ein Beispiel für eine Visualisierung der Dominanz auf der Strecke, die Fans ansehen können.

Rennsimulation mit KI#

Simulationsrennen oder Sim Racing ist ein virtuelles F1-Rennerlebnis. Es wird häufig eingesetzt, um Fahrer zu trainieren, damit sie mit der Rennstrecke vertrauter werden und ihre Rennfähigkeiten verbessern können, ohne Verletzungen oder Schäden an den Autos zu riskieren. Durch die Integration von KI in Sim Racing können Teams dynamische Rennbedingungen, die Fahrzeugleistung bei verschiedenen Einstellungen und sogar das Verhalten von Konkurrenten auf der Strecke simulieren.

Physik-Engines können das Fahrzeugverhalten präzise modellieren. Dabei berücksichtigen sie Faktoren wie Aerodynamik, Reifenhaftung und Fahrwerkseinstellungen. Gleichzeitig werden Daten aus realen Rennen und Simulationen kontinuierlich analysiert, um Strategien zu verfeinern und die Leistung zu verbessern. Sim-Racing-Aufbauten reichen von einfachen Konfigurationen mit Lenkrad und Pedalen bis hin zu vollwertigen Simulatoren mit Bewegungsplattformen, VR-Headsets und detaillierten Nachbildungen von F1-Cockpits.

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

F1-Teams und KI-Innovatoren: Eine Verbindung, die auf der Strecke entsteht#

Einige der führenden F1-Teams setzen aktiv KI ein und haben sogar KI-Unternehmen als offizielle Sponsoren verpflichtet. Sehen wir uns kurz einige dieser Partnerschaften und ihren Mehrwert an.

Mercedes & G42#

G42 ist ein führendes Unternehmen für KI und Cloud Computing mit Sitz in den Vereinigten Arabischen Emiraten. Das Unternehmen ist offizieller Sponsor des Mercedes-AMG PETRONAS F1 Teams. G42 stattet das Team mit fortschrittlichen Möglichkeiten zur Datenanalyse und für maschinelles Lernen aus. Mit der Unterstützung von G42 kann das Team riesige 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 Fahrzeugeinstellungen für bestimmte Strecken zu optimieren und dadurch die Leistung durch eine Feinabstimmung von Aerodynamik, Reifendruck und Kraftstoffmenge zu steigern.

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

Red Bull & Oracle#

Das Red Bull Racing Team setzt KI ein, um den Kraftstoffverbrauch zu optimieren. So kann es den Kraftstoff effizienter nutzen und dadurch länger schneller fahren, was ein entscheidender Faktor für den Rennsieg sein kann. Dieses Formel-1-Team gewann in einer rekordverdächtigen Saison 2023 sowohl die Fahrer- als auch die Konstrukteurs-Weltmeisterschaft. Das Team setzt auf Oracle Cloud, um Rennstrategie, Motorenentwicklung, Rennsimulation, Fanbindung 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 F1-Teams Scuderia Ferrari. Das Team Scuderia Ferrari entwickelte mithilfe von KI und maschinellem Lernen über Amazon SageMaker einen virtuellen Geschwindigkeitssensor für die Bodenhaftung. Dadurch konnte es seinen Ingenieuren schnellere und zuverlässigere Daten liefern. Das Team konnte das Fahrzeuggewicht reduzieren, was in einer Sportart, in der jedes Gramm zählt, ein entscheidender Faktor ist. Außerdem nutzte es AWS, um auf der Spieltheorie basierende ML-Modelle zu entwickeln und die Variablen der Rennstrategie zu analysieren.

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

Was sehen wir in dieser Saison?#

Die Saison 2024 begann im März mit dem Großen Preis von Bahrain. Bisher haben wir erst vier Rennen erlebt, aber die Saison hat spannend begonnen. Von Anfang an sehen wir neue KI-Innovationen, die in dieser Saison ihr Debüt geben.

Beginnen wir mit dem Bestreben, die Fans näher an das Renngeschehen zu bringen. Dies hat zur Einführung neuer Kameraperspektiven geführt. Das F1-Übertragungsteam arbeitet eng mit Aston Martin zusammen, um eine Kamera am Hecklicht zu entwickeln. Die Idee dahinter ist, uns eine Sicht direkt vom Heck des Autos zu ermöglichen und die Intensität des Rennens auf eine bisher nicht gesehene Weise einzufangen. KI trägt dazu bei, dass diese Bilder scharf und klar bleiben, indem sie Fokus und Belichtung in Echtzeit an die Herausforderungen durch Geschwindigkeit und wechselnde Lichtverhältnisse anpasst.

Auch bei der Übertragung gibt es ein überarbeitetes Wiederholungssystem, das von KI unterstützt wird. Dieses KI-System kann Videomaterial sofort durchsuchen und wichtige Momente hervorheben, damit Fans keine Aktion verpassen. Es kann sogar aus normalen Aufnahmen Zeitlupenwiederholungen erstellen und so das Seherlebnis um eine weitere Dimension bereichern.

Außerdem wird viel über den möglichen Einsatz von Drohnen für Live-Aufnahmen gesprochen, angeregt durch eine viral verbreitete First-Person-View-Aufnahme (FPV) von Max Verstappen bei einer Testrunde. Hinsichtlich der Sicherheit müssen noch einige Hürden überwunden werden. Dennoch ist die Möglichkeit, künftig Drohnenaufnahmen einzubinden, spannend. Es geht darum, neue Wege zu finden, die Begeisterung des Rennens zu den Zuschauern zu Hause zu bringen.

Abb. 7 Die schnellste F1-Aufnahme.

Apropos Spannung: Auch der Audiobereich der Übertragung soll verbessert werden. Ziel dieser Verbesserung ist, dass sich Zuschauer fühlen, als stünden sie direkt an der Strecke, umgeben vom Dröhnen der Motoren. KI-Algorithmen werden eingesetzt, um die Tonaufnahme und -verarbeitung fein abzustimmen, damit der Übertragungston immersiv, aber nicht störend laut ist. Wir möchten hören, wie die Motoren beschleunigen, und das Rennen trotzdem ohne übermäßige Lautstärke genießen können.

Über die Ziellinie#

KI kann zwar ein nützliches Werkzeug sein, aber sie kann menschliche Fahrer und Boxencrews mit jahrelanger Erfahrung und großem Talent nicht ersetzen. Dennoch wird es interessant sein zu sehen, wie KI die Formel 1 in Zukunft beeinflusst. Fortschrittlichere Technologie bedeutet fundiertere Entscheidungen auf der Strecke und damit großartige Duelle um die karierte Flagge!

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