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Die menschlichen Sinne mit Technologien erweitern

Prof. Albrecht Schmidt mit Eye Tracker

19.02.2016

Für sein Projekt AMPLIFY erhält der SimTech-Professor Albrecht Schmidt einen der begehrten Consolidator Grants und somit zwei Millionen Euro vom Europäischen Forschungsrat.

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Die menschlichen Sinne mit Technologien erweitern

„To amplify“, das bedeutet verstärken, erweitern, vertiefen. Im Visier hat der Informatiker Prof. Albrecht Schmidt den Menschen. Im Projekt AMPLIFY sollen seine Sinne durch technische Sensorsysteme erweitert werden. Dafür konnte Prof. Schmidt einen der begehrten Consolidator Grants des Europäischen Forschungsrates (ERC) einwerben. Der Grant fördert Schmidt und seine Gruppe in den kommenden fünf Jahren mit knapp zwei Millionen Euro.

Mensch-Computer-Interaktion

Prof. Albrecht Schmidt mit Eye Tracker

Mithilfe digitaler Technologien sollen sogenannte kognitive und perzeptive Werkzeuge entwickelt werden. Das heißt, ihre Anwendung läuft auf unterbewusster Ebene ab. Wie bei einem natürlichen Sinn sind sie möglichst intuitiv zu gebrauchen. Doch auch umgekehrt sollen die Werkzeuge dienen: Schmidt verfolgt die Vision, künstliche Reflexe zu schaffen. Die künstliche Wahrnehmung wird von synthetischen Stimuli ergänzt. Ein Anwendungsbeispiel wäre ein künstlicher Reflex bei Bewegungsmangel, der dazu veranlasst, körperlich aktiv zu werden – ein Dienst an der Gesundheit.

Albrecht Schmidt konnte den ERC überzeugen

Die Forschung in der Mensch-Computer-Interaktion ist die Schlüsseldisziplin für die Entwicklung intelligenter Systeme. Dabei nimmt vor allem intuitive Kooperation zwischen Mensch und Computer eine entscheidende Rolle ein. Der Bereich der Perzeption und Kognition im Maschinellen wie auch im Menschen habe ihn schon immer sehr interessiert, so Albrecht Schmidt. „Mit dem Projekt AMPLIFY kann ich etwas erforschen, das eine durchschlagende Wirkung hat. Darauf habe ich lange hingearbeitet“, freut sich der Computerwissenschaftler. Das Besondere an AMPLIFY sei, dass er als Informatiker funktionale Prototypen bauen könne um diese dann über einen längeren Zeitraum zu testen und weiterzuentwickeln.

Eine Brille für neue Sehfähigkeiten

Entwurf einer elektronischen Sinneserweiterung

So plant Albrecht Schmidt unter anderem die Entwicklung einer speziellen Brille, die den natürlichen Sehsinn des Menschen erweitert – zum Beispiel dadurch, dass die Brille andere Spektren darstellen kann als das menschliche Auge. Schmidt hat die Zukunftsvision einer Brille, die man mit Konzentration und Gedanken steuert. Beim Blick aus dem Fenster soll man dann auf ein Detail zoomen können, das einen Kilometer entfernt ist. Solche kognitiven und perzeptiven Werkzeuge sollen dem Menschen Fähigkeiten verleihen, die er ohne sie nicht besäße. Zum Beispiel die Welt klarer zu sehen. Für die Entwicklung intuitiver Nutzung wird im Projekt mit Technologien wie Elektromyografie (EMG), Elektroenzephalografie (EEG) und Eye Tracking gearbeitet. Alle Methoden messen und analysieren menschliches Verhalten. Bei der EMG registriert die elektrische Muskelaktivität. Die EEG zeichnet elektrische Aktivität des Gehirns auf. Beim Eye Tracking werden Blickbewegungen einer Person verfolgt. Nutzerinnen und Nutzer sollen die Sinneserweiterung im besten Fall nicht wahrnehmen. Damit würde eine natürliche Bewegung wie zum Beispiel das intuitive Zusammenkneifen der Augen in einer bestimmten Blickrichtung dazu führen, dass die Brille auf den anvisierten Punkt zoomt.

Allgegenwärtige Zukunftstechnologien

„Computer sind nicht besser als Menschen. Nutzt der Mensch Computer als Werkzeuge, ist er aber klar überlegen - sowohl dem Computer als auch auch Menschen, die keinen verwenden“, so Schmidt. Er hofft eine allgegenwärtige Technologie schaffen zu können und dem Menschen somit Fähigkeiten zu verleihen, die heute noch als „übernatürlich“ gelten.

Im Bereich der Mensch-Computer-Interaktions-Forschung trifft die Informatik auf andere Disziplinen wie die Psychologie. Mit der EU-Förderung wird die Gruppe sich mit Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus der Psychologie und den Neurowissenschaften verstärken. Diese werden gemeinsam mit den Informatikerinnen und Informatikern am Institut für Visualisierung und Interaktive Systeme die Prototypen konzipieren und Interventionen durchführen.

Trotz Entwicklergeist will Albrecht Schmidt den Förderzeitraum vor allem zur Grundlagenforschung in den Bereichen implizite Interaktion, Brain-Computer-Interface und Sinneserweiterung nutzen. Langfristig möchte er aus den Ergebnissen der Grundlagenforschung jedoch auch wieder interessante angewandte Projekte generieren.

 

Über Prof. Albrecht Schmidt

Prof. Schmidt forscht seit vielen Jahren im Bereich der Mensch-Computer-Interaktion. Zu seinen Forschungsfeldern zählen kontext-bewusste mobile Geräte, implizite Interaktion, eingebettete Interaktion, neue Sensoren für Interaktion und kognitive Unterstützung durch interaktive Technologien.

 

Zur Pressemitteilung der Universität Stuttgart

 

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13 Teams bei PlaNeT SimTech 2017

Gruppenfoto_PlaNeT_2017

25.03.2017

45 kreative Köpfe beim Schülerwettbewerb PlaNeT 2017 versuchten zu berechnen, wie man mit Musik Mauern versetzen kann.

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Erfolg bei Modellierungs-Wettbewerb der Universität Stuttgart

Am Samstag, den 25.03.2017, fand zum dritten Mal der Schülerwettbewerb PlaNeT SimTech an der Universität Stuttgart statt. Unter dem Motto „Probleme lösen aus Naturwissenschaften und Technik“ suchte der Exzellenzcluster Simulationstechnik (SimTech) die besten Modellierer unter Baden-Württembergs Schülerinnen und Schülern der gymnasialen Oberstufe.

Einen Tag lang hatten die MINT-begeisterten Jugendlichen Zeit, um eine umfassende Modellierungsaufgabe mit ihren Mathematik- und Physikkenntnissen, allgemein zugänglichen Recherchemöglichkeiten und vor allem mit Köpfchen zu bearbeiten.

„Lange Jahre war das Land San Escobar durch eine Mauer in der Mitte getrennt. In diesem Jahr konnte nun endlich die gemeinsame República Popular Democrática de San Escobar ausgerufen werden. Im Rahmen einer großen Feierlichkeit auf dem Marktplatz in Santo Subito soll die Mauer nun an einer Stelle symbolisch durchbrochen werden. Wie viele sogenannte Mariachi-Bands werden gebraucht, um die Mauer zum Einsturz zu bringen?“ So lautete die Aufgabe, für die alle 13 konkurrierenden Schülerteams eine unterschiedliche Lösung modellierten.

Den ersten Platz und damit ein Preisgeld von 500 Euro gewannen Lucas Haug, Tim Janz, Victor Oei und Robin Ulrich vom Friedrich-Schiller-Gymnasium in Fellbach. Sie überzeugten die Jury, die aus Professoren des Exzellenzclusters SimTech bestand, mit einem außerordentlich kreativen und zugleich praktikablen Lösungsweg.

Die beiden zweiten Plätze wurden von den Teams des Hans und Sophie Scholl Gymnasiums in Ulm und des Gymnasiums Friedrich II. in Lorch belegt. Team Ulm (Annika Hofmann, Maximilian Hohenleitner, David Ringhut und Anna-Lena von Behren) und Team Lorch (Paul Grimm, Julius Herb, Benedikt Jäger und Jakob Seitzer) freuten sich jeweils über ein Preisgeld von 250 Euro.

Ein weiteres Team bestach mit der besonderen Kreativität ihres Lösungswegs und wurde deshalb lobend erwähnt: Kai Braun, Helen Schweizer und Florian Schweizer waren für das Dietrich Bonhoeffer Gymnasium Filderstadt angetreten, das beim Wettbewerb im vergangenen Jahr die Wettbewerbssieger gestellt hatte.

Sieger_Planet_2017 Zwei-a_Planet_2017 Zwei-b_Planet_2017

 

Die Gewinne sowie der gesamte Wettbewerb wurden vom Industrial Consortium SimTech e. V. gesponsert.

Zur Fotogalerie der vergangenen Jahre geht's hier.

 

Fotos: SimTech

 

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Fokus: Daten in der Simulationstechnologie

Data-Integrated Simulation Science

14.12.2016

Aus dem Exzellenzcluster SimTech geht neue Forschungskooperation “Data-Integrated Simulation Science” mit der Universität Heidelberg hervor.

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Fokus: Daten in der Simulationstechnologie

Data-Integrated Simulation Science

Aus der Arbeit des Exzellenzclusters SimTech ging im Oktober die Forschungskooperation “Data-Integrated Simulation Science” mit der Universität Heidelberg hervor. Das neue Projekt ist Teil der Ausschreibung „Regionale Forschungsallianzen“ des Ministeriums für Wissenschaft, Forschung und Kunst Baden Württemberg und stellt einen neuen Forschungsschwerpunkt im Exzellenzcluster SimTech dar.

Die neuen Möglichkeiten, riesige Datenmengen zu speichern und zu analysieren – mit den Begriffen Big-Data und Data-Science bezeichnet – eröffnen neue Methoden der wissenschaftlichen Erkenntnisgewinnung. Ziel der Forschungsallianz ist es, Aspekte und Methoden der Data-Science so tief in die Simulationstechnik zu integrieren, dass völlig neue Anwendungsgebiete erschlossen und die Simulationsmethoden systematisch weiterentwickelt werden können. Dahinter steht die Vision, die Simulationstechnik von isolierten Ansätzen zu einer ganzheitlichen Systemwissenschaft zu entwickeln. Diese ermöglicht auch die direkte Integration von Daten auf allen Ebenen. Es sollen grundlegende Methoden entwickelt werden, die eine Brücke zwischen den Daten und der Simulationsforschung schlagen. Die Notwendigkeit für diesen Forschungsansatz besteht in zahlreichen gesellschaftlich- und umweltrelevanten Bereichen wie beispielsweise der modernen Energieversorgung, die aufgrund der Nutzungen erneuerbarer Energiequellen großen Schwankungen unterworfen ist.

Durch die verstärkte Integration von Daten und Sensoren wollen die Forschenden aus der virtuellen Welt der Simulation herausgreifen und eine direkte Interaktion mit der realen Welt ermöglichen, möglicherweise sogar in Echtzeit. Als große Herausforderungen auf diesem Weg gelten die Bestimmung der relevanten Systemgrößen (z.B. Materialeigenschaften) inklusive der Schätzung ihrer Unsicherheiten, die Einbettung der simulierten Prozesse und Systeme in ihre nicht simulierte Umgebung, der Vergleich zwischen der Simulation und der beobachteten Realität sowie die eigentliche Formulierung der im allgemeinen vielskaligen Prozesse auf der Skala eines aktuellen Interesses.

Die Sprecherrolle der Forschungsallianz übernimmt Prof. Rainer Helmig vom Institut für Wasser- und Umweltsystemmodellierung (Stuttgarter Zentrum für Simulationswissenschaften (SC Sim Tech), Heidelberger Stellvertreter ist Prof. Peter Bastian vom Interdisziplinären Zentrum für Wissenschaftliches Rechnen.


 

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