KIARA - Civic Innovation Platform

Digitale Lernformate können vor allem junge und technikaffine Menschen besser erreichen, wenn sie Technologien wie Augmented Reality (AR; dt.: erweiterte Realität) verwenden, also die Einblendung digitaler Informationen in die reale Umgebung über spezielle Brillen oder digitale Endgeräte wie Smartphones. Gerade kleinen und mittleren Unternehmen (KMU) wie Handwerksbetrieben fehlt es jedoch häufig an finanziellen Mitteln und fachlichem Know-how, um digitale Technologien in der Aus- und Weiterbildung einzusetzen. Hier setzt das Projekt "KI-basierte AR-Anleitungen (KIARA)" an. Im Projekt sollen vortrainierte KI-Modelle die zu vermittelnden Informationen aus Ausbildungskonzepten in Handwerks- und Produktionsbetrieben extrahieren und daraus eine AR-Anleitung erstellen. So entstehen aus textbasierten Beschreibungen, beispielsweise für Montageprozesse, virtuelle Objekte und Handlungsanweisungen. Die neuen Lehrmaterialien werden in AR-Brillen oder digitalen Endgeräten integriert. Ausbilder*innen und Lernende testen die Lernumgebung.

KI-basierte AR-Anwendungen ermöglichen es, KMU und deren Mitarbeitenden, Zugang zu hochwertigen Bildungs- und Weiterbildungsressourcen zu erhalten, die sonst möglicherweise nicht zugänglich oder zu teuer wären. Die in KIARA zu entwickelnde Anwendung soll individuell zugeschnittene AR-Anleitungen generieren können und so dazu beitragen, Bildungs- und Beschäftigungschancen für verschiedene Bevölkerungsgruppen zu verbessern. Durch das visuelle Lernen mittels AR können auch Menschen mit geringem Alphabetiesierungsgrad schnell komplexe Prozesse erlernen. KIARA möchte durch die Entlastung von KMU und die Verbesserung ihrer Aus- und Weiterbildungsmöglichkeiten die wirtschaftliche und soziale Struktur vor Ort stärken. Insbesondere in handwerklichen Berufen, die oft unter Nachwuchsmangel leiden, kann die Attraktivitätssteigerung durch KIARA dazu beitragen, diese Berufe zu erhalten und ihre Bedeutung in der Gesellschaft zu unterstreichen.

Der Fachkräftemangel stellt eine der größten Herausforderungen in Deutschland dar. Besonders KMU stehen vor der Aufgabe, Nachwuchskräfte nachhaltig auszubilden und Wissenstransfer zu sichern. Das Projekt KIARA soll eine nachhaltige Personalentwicklung fördern, indem es Unternehmen dabei unterstützt, ihre Mitarbeitenden langfristig zu qualifizieren und weiterzubilden. Indem neue Prozesse und Technologien bedarfsgerecht durch KIARA aufbereitet und zur Verfügung gestellt werden, soll die berufliche Zufriedenheit und Perspektive der Nutzenden gesteigert werden. KIARA möchte KMU unterstützen, indem es Zugang zu modernen Lerntechnologien bietet und durch visuelle, interaktive Anleitungen Sprach- und Leistungshürden abbaut. KIARA soll zudem gezielt darauf ausgerichtet werden können, auch benachteiligte Gruppen in den Arbeitsmarkt zu integrieren, z. B. durch spezielle Lernmodule für Personen mit geringen Qualifikationen.

KIARA nutzt ein Large Language Model (LLM; dt.: großes Sprachmodell) zur automatischen Extraktion von Wissen aus Fachtexten. Mittels Retrieval-Augmented Generation (RAG; dt.: Generieren [z. B. von Text] ergänzt durch Abrufen [von Informationen]) wird das LLM mit einer Wissensdatenbank verknüpft, um präzise und kontextspezifische Anleitungen zu erstellen. Die generierten Inhalte werden durch Computer Vision und Natural Language Processing (NLP; dt.: Verarbeitung natürlicher Sprache) in AR-Elemente umgewandelt, die in einer AR-Lernumgebung bereitgestellt werden. Neben diesen KI-Komponenten setzen wir auch auf hochentwickelte 3D-Rendering-Techniken und eine intuitive Benutzeroberfläche, die eine barrierefreie Nutzung ermöglicht. KIARA arbeitet auf einer modularen Plattform, die unterschiedliche technologische Elemente kombiniert, um möglichst flexible und anpassbare Lerninhalte zu generieren. Die gesamte Anwendung von KIARA wird kontinuierlich und laufend durch Ausbilder*innen und Lernende evaluiert und weiterentwickelt.

Unter der Leitung von Prof.Dr. Anja Richert und Dr. Vanessa Mai vom Cologne Cobots Lab sowie Prof. Dr. Valérie Varney und Dr. Eva-Maria Grommes vom Cologne TrainING Center der Technischen Hochschule Köln entwickeln die Forschenden eine KI-basierte AR-Lernanwendung. Fachkräfte der ElbHandWerk Sanitär und Heizung GmbH stellen durch fachlichen Input die praxisnahe Umsetzung der Lernanwendung sicher. Unser Team verbindet technologische Expertise mit praxisnaher Erfahrung in der beruflichen Bildung. Durch agile Projektmethoden und partizipative Workshops stellen wir sicher, dass die entwickelte Lösung den Bedarfen der Zielgruppen entspricht. Die enge Verzahnung zwischen Forschung und Praxis ermöglicht eine bedarfsgerechte Umsetzung. Unser Team bringt interdisziplinäre Kompetenzen mit, die sowohl den Bereich der Softwareentwicklung als auch die Ausbildungspraxis abdecken. Die Zusammenarbeit erfolgt in iterativen Entwicklungsprozessen, das regelmäßiges Feedback von Betrieben und Fachkräften einbindet.

KIARA soll ein Vorreiter für KI-gestützte Lerntechnologien und langfristig in verschiedenen Branchen eingesetzt werden. Neben der Ausbildung in Handwerks- und Produktionsbetrieben streben wir eine Nutzung in weiteren Bildungsbereichen an. Zudem soll die Technologie kontinuierlich weiterentwickelt werden, um künftige Anforderungen der digitalen Bildung zu erfüllen und den Zugang zu innovativen Lernformaten für alle zu erleichtern. Ein weiterer Fokus liegt auf der Internationalisierung des Konzepts, um Bildungsinstitutionen weltweit zu erreichen. Wir sehen das Potenzial, KIARA als offenen Standard für digitale Ausbildungsinhalte zu etablieren, der sowohl in der Industrie als auch in der schulischen und akademischen Ausbildung eingesetzt werden kann.