Mit KI gegen die Pandemie

Im Kampf gegen das Virus setzt Deutschland auf Lockdowns. Ruhe im Land, Ruhe in den Krankenhäusern, lautet die Devise. Andere Länder setzen dagegen mit Erfolg auf moderne Technologien, um den Erreger aufzuspüren und ihn an der Verbreitung zu hindern. Start-ups zeigen, wie sich Bewegungsströme antiviral klüger und sicherer steuern lassen, statt sie per Lockdown ganz zu stoppen.

von Sarah Sommer

Das Problem: Innerhalb der eigenen Stadt, auf den typischen Pendlerstrecken – und innerhalb von Gebäuden ist es viel schwieriger, aus den Mobilitätsdaten klare Muster und Zusammenhänge abzuleiten. Hätte der Verlauf der Pandemie anders aussehen können, wenn man Bewegungsströme, insbesondere in den Ballungsgebieten und in kritischen Infrastrukturen, klüger gesteuert hätte? Der Start-up-Pionier Michael Bredehorn glaubt: Ja.

„Eine wichtige Erkenntnis der zurückliegenden Pandemiemonate ist: Wir wissen noch viel zu wenig darüber, wie sich Menschen in ihrem Alltag konkret fortbewegen und wie und wo sie sich dabei begegnen.“ Damit sich das ändert, braucht es Künstliche Intelligenz (KI), ist Bredehorn überzeugt und hat darum gemeinsam mit anderen das Innsbrucker Start-ups Swarm Analytics gegründet.

Swarm Analytics hat mit Pandemien, Übertragungswegen und Hygienemaßnahmen normalerweise herzlich wenig zu tun. Das Geschäft ist es, Bewegungsströme zu analysieren – und so Städten, Unternehmen oder Veranstaltern dabei zu helfen, ihre Besucher, Kunden oder Passanten dorthin zu leiten, wo sie sich ihrer Ansicht nach hinbewegen sollten – also zum Beispiel zum Verkaufsstand und nicht zum Ausgang. Mithilfe von KI wertet das Start-up Kameradaten aus und kann so in Echtzeit erkennen, wie viele Radfahrer oder Fußgänger an einer Ampel warten oder eine Kreuzung passieren, wie viele Menschen an welchen Haltestellen warten, in Busse und Bahnen einsteigen oder wann sie umsteigen. Dabei werden die Bilder selbst niemals gespeichert oder biometrisch ausgewertet. „Alle Daten werden anonym und ohne den Datenschutz zu verletzen direkt in der Kamera verarbeitet“, betont Bredehorn. Als Information kommt dann statt einer Bilddatei ein Protokoll an: Eine Frau mittleren Alters und drei Männer warten an der Bahnhaltestelle. 20 Menschen steigen um 9 Uhr in den Bus, davon fünf Kinder und neun alte Menschen. 30 Skifahrer sind mit der Gondel am Skihang unterwegs. 300 Menschen bewegen sich aktuell über den Christkindlmarkt. 20 neue Kunden haben den Supermarkt betreten, während zehn Kunden ihn durch den Ausgang verlassen haben. Ob Anzahl, Abstand, Geschlecht oder Alter der Personen: Die auf KI basierenden Algorithmen ermöglichen eine automatisierte Auswertung solcher Daten. Das sei grundsätzlich datenschutzkonform, betont Mitgründer Bredehorn, gibt aber zu: „In Deutschland und Österreich ist an öffentlichen Orten allerdings strittig, ob man Daten über die Bewegung von Menschen überhaupt prozessieren darf.“

Eine Frage, die es bald zu klären gilt. Denn: Wenn nicht gerade Pandemie ist, dann helfen solche Daten Unternehmen und Kommunen dabei, ihre Services zu verbessern – so sollen sie etwa dabei unterstützen, Städte zu digital gesteuerten „Smart Citys“ umzubauen. In einem Pilotprojekt mit einer dänischen Klinik arbeitet Swarm Analytics daran, die Parkplatzbelegung des Krankenhauses klüger zu steuern. Das sind Projekte, die vor allem für die einzelnen Organisationen und Unternehmen von Wert sind – von der großen Revolution aber noch weit entfernt sind.

Seit Beginn der Corona-Krise aber ist klar: Es sind Daten, die auch bei der Pandemiebekämpfung helfen können. „Der große Vorteil ist, dass unsere Technik mit ganz gewöhnlichen Überwachungskameras funktioniert, die ohnehin schon in vielen Bussen, Läden, Kliniken und auch an öffentlichen Plätzen verbaut sind“, sagt Bredehorn. „Wenn man diese Daten systematisch und in Echtzeit analysieren würde, könnte man bei Maßnahmen zur Pandemiebekämpfung viel systematischer und evidenzbasiert entscheiden.“ Statt also Polizisten oder das Ordnungsamt loszuschicken, weil empörte Anwohner Fotos von Menschenansammlungen in Parks oder auf öffentlichen Plätzen veröffentlichen, könnte ein automatisches Warnsystem in Echtzeit auf zu große Menschenansammlungen und zu geringe Abstände reagieren. „Ich kann dann sehen: Wo sind die wirklichen Hotspots, die wirklichen Problemzonen?“, sagt Bredehorn. „Stellen Sie sich mal vor, man hätte letztes Jahr schon über solche Daten verfügt!“ Man hätte auswerten können: So bewegen sich Menschen durch mein Museum, durch mein Geschäft, durch die Stadt – dort kommt es zu Rückstaus, hier entstehen an Umsteige-Punkten Menschenansammlungen, an jener Stelle müsste man die Bewegungsströme umleiten, um Grüppchenbildung zu vermeiden. „Auf Basis solcher Daten hätte man Unternehmen ganz andere Freiheiten geben können bei der Umsetzung von Abstands- und Hygieneregeln – man hätte Maßnahmen und Vorschriften ganz anders planen können, Frühwarnsysteme entwickeln können“, ist Bredehorn überzeugt. „Man hätte in der Debatte um die Lockdowns viel fundierter argumentieren können – und andere, vielleicht bessere und weniger radikale Lösungen gefunden.“

Nach demselben Prinzip könnte die Technik auch in Krankenhäusern eingesetzt werden und dort etwa erkennen, wie sich Besucherströme über das Klinikgelände bewegen oder wie lange sich Menschen in bestimmten Warteräumen aufhalten. Daraus lassen sich Hinweise auf Infektionswahrscheinlichkeiten ableiten, Kliniken könnten Personal und Patienten besser schützen. „Ob Smart City oder Smart Healthcare: Alles muss mit richtigen, verlässlichen Daten starten und geplant werden“, sagt Bredehorn. „Das ist allemal besser als nach dem Prinzip Trial and Error einfach irgendetwas zu versuchen, das nach Bauchgefühl und bisherigen Erfahrungen als plausibel erscheint.“

Mit dieser Kritik ist Unternehmer Bredehorn nicht allein. Auch Experten für Epidemiologie hätten sich mehr evidenzbasierte Entscheidungen gewünscht. „Wir haben in Europa einige Fehler gemacht – insbesondere haben wir versäumt, Erfolgsrezepte aus anderen Ländern und Regionen zu erkennen und zu adaptieren“, sagt Timo Ulrichs. Der Mikrobiologe und Epidemiologe ist Professor für Internationale Not- und Katastrophenhilfe an der Akkon Hochschule für Humanwissenschaften in Berlin. Länder wie Taiwan und Südkorea haben etwa bereits frühzeitig digitale Werkzeuge zur Nachverfolgung von Kontakten und Bewegungsmustern und Warn-Apps eingesetzt, berichtet er. „Auch mithilfe dieser Daten und Werkzeuge war man dann in der Lage, sehr schnell und konsequent zu reagieren und passende Maßnahmen zu ergreifen.“ Und das, obwohl in den urban geprägten Regionen viel mehr Menschen auf viel dichterem Raum zusammenleben als hierzulande. „Speziell in den Städten, die hier schnell zu Hotspots wurden, hätte man von solchen internationalen Vorbildern lernen können.“

Umso wichtiger ist es, jetzt wichtige Lektionen aus dem bisherigen Verlauf der Pandemie zu ziehen und es in Zukunft besser zu machen. Einen solchen Lerneffekt hat es in der Geschichte oft nach Epidemien gegeben. Nach verheerenden Ausbrüchen der Cholera etwa änderte sich in Städten der Umgang mit Wasser und Abwasser – neue Kanäle wurden gebaut. Nach Pestausbrüchen wusste man: Städte, die strikte Quarantäne-Regeln einhielten und sich abschotteten, konnten sich auf diese Weise schützen. „Die große Frage ist: Was lernen wir aus dieser Pandemie mit einem über die Luft übertragbaren Virus?“, sagt Ulrichs.

Eine mögliche Lehre aus den bisherigen Pandemie-Monaten: „Wir wissen, dass wir es Menschen besser ermöglichen müssen, Abstand zueinander zu halten – sei es durch Änderungen an der Infrastruktur oder durch konkrete Verhaltensregeln.“ Wie schafft man es also, Bewegungsströme in Städten zeitlich und räumlich zu entzerren? „Da haben wir zum Beispiel gesehen, dass vermeintlich einfache Lösungen wie eine Ausgangssperre auch negative Auswirkungen haben.“ Etwa dann, wenn sich dann die Zeit zum Einkaufen verkürzt – und sich so noch mehr Menschen im Supermarkt begegnen. „An dieser Stelle braucht es vor allem besser durchdachte Verhaltensregeln“, sagt Ulrichs.

Im öffentlichen Nahverkehr hingegen könnte Mobilität auch durch Veränderungen bei der Taktung des Verkehrs oder durch Änderungen an der Infrastruktur und Architektur sicherer gestaltet werden. „Da müsste sich jede Stadt ihre zentralen Umsteige-Bahnhöfe einmal anschauen und entzerrende Strukturen schaffen.“

Schon jetzt hat die Pandemie eine Welle kreativer Entwürfe von Architekten und Stadtplanern ausgelöst. So könnten zum Beispiel öffentliche Plätze so umgestaltet werden, dass Social Distancing einfacher wird. Eine besonders kreative Idee hatte hier das Wiener Architekturstudio Precht: Es entwarf einen „Parc de la Distance“, der durch labyrinthartige Hecken eine Art Leitsystem für die Bewegungen der Besucher schafft. Jeder durch Hecken abgegrenzte Gehweg hat ein Tor am Eingang und eines am Ausgang, das signalisiert, ob die Strecke gerade benutzt wird oder frei ist. Die parallelen Wege liegen einen sicheren Abstand von 2,4 Meter von-einander entfernt. Räumlich getrennt sind sie durch eine 90 Zentimeter breite Hecke.

Andere Architekten planen dezentrale „Micro-Märkte“, die ein geringeres Hotspot-Risiko mit sich bringen als große Supermärkte, oder neue Wegeleitsysteme für Arenen und Veranstaltungsorte. Gadgets, wie die berührungslose Steuerung von Beleuchtung, Vorhängen und Temperatur, oder auch antibakterielle Baustoffe und Oberflächen sind für Privaträume ebenso im Kommen wie bei der Gestaltung von Räumen in Arztpraxen, Kliniken und Büros. Social Distancing und Hygiene werden in den kommenden Jahren als Gestaltungsprinzip wohl immer häufiger mitgedacht werden. Konstruktionen und Prozesse, die im Gesundheitswesen bereits zum Standard gehören, werden dabei zum Vorbild auch für öffentliche Räume: Dazu zählen etwa die Installation von Lüftungssystemen und die Reduktion von Oberflächen, auf denen sich Keime ansammeln können.

Viel entscheidender als solche kleinteiligen Veränderungen ist aber der Blick aufs große Ganze, sagt Ralf Zimmer-Hegmann vom Institut für Landes- und Stadtentwicklungsforschung in Dortmund. „Wo Menschen unter beengten und hygienisch fragwürdigen Bedingungen leben, wo sie in prekären Jobs am anderen Ende der Stadt arbeiten, bei denen sie sich nicht schützen können, da gehen die Infektionszahlen hoch“, sagt Zimmer-Hegmann. Auf die Wohn- und Lebenssituation in diesen Stadtvierteln gelte es also nun das Augenmerk zu richten. „Dieses Phänomen ist nicht neu“, sagt der Experte für Stadtentwicklung. So gab es etwa bereits im 19. Jahrhundert nach wiederholten Krankheitsausbrüchen in ärmlichen Stadtvierteln New Yorks Initiativen, um die Lebensbedingungen in den engen Mietskasernen zu verbessern. Im 18. Jahrhundert wurde Paris nach den Leitprinzipien „Mehr Luft, mehr Licht, mehr Hygiene für alle“ umgestaltet. „Die Infektionsdaten zeigen uns auch heute wieder, wo es in unseren Städten, in der Infrastruktur unserer Gesundheitsversorgung und unserer Gesellschaft Missstände gibt“, sagt Zimmer-Hegmann. Wenn irgendwo mehr Bewegung gefragt ist, dann dort: „Das sind unsere Schwachstellen, da müssen wir ran, um in Zukunft besser gegen Pandemien gewappnet zu sein.“

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