INNOVATIVE START-UPS

Künstliche Intelligenz und elektronische Augen zur sofortigen Erkennung fehlerhafter «Produkte»

Mit der finanziellen Unterstützung von Innosuisse entwickelt das Unternehmen Delvitech hochmoderne Systeme für die automatische optische Inspektion. Der nächste grosse Sprung: die «Landung» in Indien

von Elisa Buson

Stellen Sie sich vor: An einem sonnigen Tag mit perfektem Wetter zum Wäschewaschen bleibt plötzlich die Waschmaschine stehen und gibt Ihr Lieblingshemd nicht mehr heraus. Sie greifen zu Ihrem Smartphone, um den Techniker anzurufen, doch der Anruf kann nicht durchgestellt werden. Also beschliessen Sie, sich eine Weile vor dem Fernseher zu entspannen, doch der Bildschirm bleibt schwarz: Es wird kein Netzsignal erkannt. Nun begeben Sie sich schnaufend in die Küche, um Nudeln zu kochen, doch die Waage spielt verrückt und zeigt die Meldung «error» an. Dieser Albtraum von einem häuslichen Alltag könnte zur Realität werden, wenn in unseren Hightech-Geräten fehlerhafte Leiterplatten landen würden. Ganz zu schweigen davon, was passieren könnte, wenn hingegen höchst kostspielige Chirurgie-Roboter oder «Superhirne» von Bahnhöfen und Flughäfen verrücktspielen würden. Solche technologischen Revolten zu vermeiden, ist die Mission von Delvitech, einem jungen Tessiner Unternehmen, das automatische optische Inspektionssysteme entwickelt, die in der Lage sind, Leiterplattenfehler schneller und effizienter zu erkennen als das menschliche Auge. Dies ist unter anderem der wissenschaftlichen Unterstützung bedeutender Forschungseinrichtungen wie der Fachhochschule Südschweiz (Scuola Universitaria Professionale della Svizzera italiana, SUPSI) und dem Dalle-Molle-Forschungsinstitut für Künstliche Intelligenz USI-SUPSI (Istituto Dalle Molle di Studi sull’Intelligenza Artificiale, IDSIA) zu verdanken. Das vor weniger als vier Jahren gegründete Unternehmen bereitet sich bereits auf seine Expansion auf den internationalen Märkten vor.

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«Wir sind ein kleines Unternehmen, das jedoch dank eines jungen, motivierten Teams schnell wächst», so Roberto Gatti, Gründer und CEO von Delvitech. Es war seine Idee, im Bereich der automatischen optischen Inspektion ein Unternehmen zu gründen, das sich zunächst auf die Qualitätskontrolle von Leiterplatten konzentrieren sollte. Das Ziel bestand darin, Maschinen zu entwickeln, die mithilfe modernster Bildanalyse-Algorithmen jedes Bauteil fertiger Leiterplatten automatisch auf Fehler überprüfen sollten. «Als ich 2017 an dem Projekt zu arbeiten begann, wurden auf dem Markt ausschliesslich Systeme mit „monolithischer“ Software angeboten, die nur einen einzigen, für eine bestimmte Funktion vorgesehenen Maschinentyp steuern konnten. Im Austausch mit Experten der Universität Virginia Tech in den Vereinigten Staaten wurde mir jedoch bewusst, dass man, um Branchenführer zu werden, auf „agnostische“ Softwares setzen muss, die flexibler sind und auf Microservices basieren, welche durch kleine Änderungen an die Bedürfnisse der Kunden angepasst werden können und somit das Wachstum ihres Unternehmens besser unterstützen. Dies ist insbesondere im Hinblick auf die Industrie 4.0 von grossem Vorteil.»

Nach seiner Rückkehr aus den USA beschloss Gatti, seinen Traum hier im Tessin zu verwirklichen. «Ich habe verschiedenste Einrichtungen kennengelernt, von deren Existenz ich nichts ahnte», räumt er ein. «Als ich mit Lorenzo Leoni und Paolo Orsatti von TI-Ventures, dem Staatsfonds der Stiftung Fondazione del Centenario BancaStato zur Unterstützung innovativer Unternehmen sprach, wurde mir klar, dass das Projekt im Tessin Gestalt annehmen könnte. Durch sie entdeckte ich, dass es in dieser Region im Bereich der optischen Inspektion bereits Spitzenzentren wie das Institut für Systeme und angewandte Elektronik (Istituto Sistemi ed Elettronica Applicata, ISEA) der SUPSI sowie das international anerkannte Forschungsinstitut für künstliche Intelligenz IDSIA gab. Das hat mich überzeugt.»

Unmittelbar nach seiner Gründung baute das Start-up Kooperationen auf, um eine neue Generation von einfacheren und flexibleren optischen Inspektionssystemen zu entwickeln. Insbesondere startete das Unternehmen zwischen 2019 und 2020 zwei von der Schweizerischen Agentur für Innovationsförderung Innosuisse unterstützte Forschungsprojekte. «Das erste, in Zusammenarbeit mit dem IDSIA durchgeführte Projekt ermöglichte es uns, auf künstlicher Intelligenz basierende Algorithmen zu entwickeln, als diese noch von keinem unserer Marktkonkurrenten eingesetzt wurden: Durch das Training neuronaler Netze anhand grosser Mengen von Leiterplattenbildern können optische Inspektionssysteme Fehler schneller erkennen und effizienter werden, da sie in der Lage sind, mehr Parameter zu analysieren und sich an unterschiedliche Bedingungen (einschliesslich der Lichtverhältnisse) anzupassen. Darüber hinaus haben wir, stets in Zusammenarbeit mit dem IDSIA, eine Software erstellt, die sich während der optischen Inspektion selbst programmiert (self-programming) und so zahlreiche Arbeitsstunden einspart», erklärt der CEO von Delvitech.

«Im Rahmen des zweiten, zusammen mit der SUPSI realisierten Projekts konnten wir hingegen einen weltweit einzigartigen optischen Kopf entwickeln, der es erstmals ermöglichte, Leiterplatten in jeder Produktionsphase zu prüfen.» Diese als 3IS bezeichnete Technologie wird in Kürze mit einem neuen Algorithmus (Training Manager) ausgestattet auf den Markt kommen. Dank dieses neuen Algorithmus werden Kunden die künstliche Intelligenz ihrer Systeme durch intuitives Training verbessern und verstärken können, um sie an die Bedürfnisse ihrer Fertigungslinie anzupassen, ohne sich dafür an die Muttergesellschaft wenden zu müssen.

Einen weiteren Pluspunkt könnte das kürzlich in Zusammenarbeit mit dem IDSIA gestartete neue Forschungsprojekt bieten, das demnächst an der Innosuisse vorgestellt wird. Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung von Systemen, die in der Lage sind, jene Fehler frühzeitig zu erkennen, die zu fehlerhaften Leiterplatten führen könnten. «Mit diesem Projekt – erläutert Gatti – zielen wir darauf ab, die Maschinen mit zwei zusätzlichen, derzeit auf dem Markt noch nicht vorhandenen Fähigkeiten auszustatten. Die Maschine sollte in erster Linie die aus einer Reihe von fertigen Leiterplatten gesammelten Daten automatisch überwachen, um eventuelle Anomalien in den Parametern des Produktionsprozesses, die zur Produktion nicht konformer Leiterplatten führen könnten, zu erkennen: In diesem Fall wird das System in der Lage sein, die Produktion fehlerhafter Leiterplatten sowie Ausfallzeiten und Kosten zu reduzieren. Zweitens sollte das System, nachdem das mit einer zukünftigen oder bereits gefertigten Leiterplatte verbundene Problem vorhergesagt bzw. erkannt wurde, die für den jeweiligen Fehler verantwortlichen Elemente der Fertigungslinie identifizieren, um anschliessende Massnahmen zu erleichtern. Zur Erreichung dieser Ziele werden wir eine grosse Menge an Daten auswerten, die während der Inspektion der Leiterplatten mittels Bildanalyse gewonnen werden.»

Derzeit beschäftigt Delvitech rund zwanzig F&E-Ingenieure sowie weitere 8 Experten des IDSIA und der SUPSI, die in Vollzeit arbeiten. Neben dem Hauptsitz in Mendrisio und der 2019 in den Vereinigten Staaten gegründeten Niederlassung, eröffnet das Unternehmen demnächst einen weiteren Standort in Indien, in der «Electronic City» in Bangalore: ein Sprungbrett, von dem aus Gatti den Sprung auf den grossen indischen und südasiatischen Markt wagen will. Damit dieses Vorhaben gelingt, sieht der Geschäftsplan von Delvitech für die nächsten drei Jahre eine Personalaufstockung auf bis zu 350 Mitarbeiter vor. Der Terminkalender ist bereits mit Verpflichtungen und kurzfristigen Terminen gefüllt.

«Bis Jahresende – so Gatti – werden wir die für die Elektronikbranche vorgesehenen Maschinen fertig konstruieren und möchten 2023 Systeme zur optischen Inspektion für Halbleiter auf den Markt bringen. Parallel dazu werden wir mit der Entwicklung von Maschinen für die Pharmabranche beginnen: Diese sollen einerseits das Produkt und dessen Verpackung prüfen (um beispielsweise sicherzustellen, dass keine Glasreste oder kontaminationsgefährdete Stellen in den Ampullen verbleiben), und andererseits die Medikamente selbst, um die Grösse, die Unversehrtheit und sogar die Zusammensetzung der Tabletten zu beurteilen.» Die letzte und ehrgeizigste Herausforderung betrifft hingegen die Lebensmittelbranche. «In diesem Fall werden wir keine optischen Inspektionsmaschinen, sondern Softwarelizenzen und optische Baugruppen für eine Vielzahl von Anwendungen entwickeln. Sie könnten zum Beispiel eingesetzt werden, um einen Teig auf Fremdkörper oder Obst und Gemüse auf Flecken, Mängel oder Schädlinge zu überprüfen.»

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(Auf dem Foto oben, von Alfio Tommasini, der Gründer und Geschäftsführer von Delvitech, Roberto Gatti)