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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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75 Schüler knobelten um die Wette bei PlaNeT SimTech 2016

PlaNeT SimTech

25.04.2016

Um sich den Titel der besten Modellierer zu sichern, versuchten sich 18 Schülerteams aus Baden-Württemberg beim Wettbewerb PlaNeT SimTech an einer kniffligen Aufgabe.

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75 Schüler knobelten um die Wette bei PlaNeT SimTech 2016

Teilnehmer bei der Anmeldung

Zum Schülerwettbewerb PlaNeT SimTech 2016 empfing der Exzellenzcluster 18 Schüler-Teams von Gymnasien der Region, die um den Titel der besten Modellierer konkurrierten. Damit hatte sich die Teilnehmerzahl nach dem Wettbewerbsstartschuss im vergangenen Jahr bereits mehr als verdoppelt. Unter dem Motto PlaNeT - „Probleme lösen aus Naturwissenschaften und Technik“ hatten die MINT-begeisterten Oberstufenschülerinnen und -schüler am Samstag, den 23. April 2016, einen Tag lang Zeit, um eine umfassende Modellierungsaufgabe zu lösen. Außerdem hatten sie die Möglichkeit, bei Vorträgen von Wissenschaftlern einen Einblick in deren Arbeit zu erhalten.

Copyright: Sabine Richter

Die Modellierungsaufgabe bearbeiteten die Schülerinnen und Schüler mit ihren Mathematik- und Physikkenntnissen, allgemein zugänglichen Recherchemöglichkeiten – und vor allem mit Köpfchen und Kreativität. „Wie viele Drohnen bräuchte die neue Lieferfirma Hermazon mindestens, um in der Vorweihnachtszeit den Autolieferverkehr in Stuttgart wesentlich zu senken?“ lautete die Frage, für die alle Teams eine unterschiedliche Lösung entwickelten. Ihren Lösungsweg reichten die Schüler am Ende des Wettbewerbstages in Form eines Berichts bei der Jury ein.

Siegerteam

532 Drohnen seien dazu nötig, wenn eine Drohne Pakete bis zu einem Gewicht von zwei Kilogramm transportieren kann und eine Reichweite von 20 Kilometern hat, kalkulierte ein Team des Dietrich Bonhoeffer Gymnasiums Filderstadt-Sielmingen. Mit ihrer Modellierung des Falls und ihren Datenbasierten Berechnungen überzeugten die Schüler die Jury aus Profis des Exzellenzclusters. Neben der Ehre der Erstplatzierten gewannen Jonathan Brielmaier, Sebastian Toksig Mayer, Josia Seidel und Markus Vogler (alle im 12er-Neigungskurs Physik) ein Preisgeld von 500 Euro. Die stolzen Sieger aus Filderstadt hatten bereits 2015 am Wettbewerb teilgenommen und wurden damals zweite.

Auch die Zweitplatzierten aus Kornwestheim freuten sich sichtlich.

Die beiden zweiten Plätze von PlaNeT SimTech 2016 und damit eine Prämie von je 250 Euro gingen an das Team von Daniel Banov, Sophia Hampe, Maria Röhl und Alexander Kaiser vom Albertus-Magnus-Gymnasium Stuttgart und an die Schüler Felix Dengler, Ralf Händle, Amir Saied Ahmad und Nicolas Schaible vom Ernst-Sigle-Gymnasium Kornwestheim. Die Gewinne sowie der gesamte Wettbewerb wurden vom Industrial Consortium SimTech e. V. gesponsert. Nachdem der Wettbewerb von Schülern und Lehrern in der ersten wie in der zweiten Runde sehr positiv angenommen wurde, wird er auch weiterhin einmal jährlich stattfinden.

Die Zweitplatzierten aus Stuttgart

 

 

 

 

 

 

Zur Fotogalerie der vergangenen Jahre geht's hier.

 

Illustration: Sabine Richter, 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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