Kognitive Systeme und Mensch-Maschine Interaktion

Eine mitdenkende Kamera, die Hobbyfotografen ihre Funktionen erklärt, oder ein aufgerüstetes Auto, das ohne Fahrer souverän durch den innerstädtischen Verkehr steuert. Solche intelligenten technischen Systeme sind keine ferne Zukunftsvision. An der Universität Ulm forschen Ingenieure, Informatiker und Psychologen zu diesen partnerschaftlichen Dienstleistern und können bereits Prototypen vorweisen.

Im Simulator

Forschungsprojekt

SFB/Transregio 62: Eine Companion Technologie für kognitive technische Systeme

Sprecher

Prof. Dr. Susanne Biundo-Stephan | Institut für Künstliche Intelligenz

Fördervolumen

> 10 Millionen Euro

Förderer

DFG

Förderdauer

2009 - 2016

beteiligte Institute

Universität Ulm
Otto-von-Guericke Universität Magdeburg
Leibniz-Institut für Neurobiologie, Magdeburg

Intelligente Technik kann so menschlich sein!

Technische Systeme werden immer intelligenter, doch oft leidet die Nutzerfreundlichkeit. Wer hat schon Zeit und Lust, die umfangreiche Bedienungsanleitung der Heimkinoanlage zu lesen? Und gerade Senioren oder wenig technikaffine Personen sind mit den zahlreichen Funktionen ihres Smartphones oft überfordert. Im Schwerpunkt Kognitive Systeme und Mensch-Maschine-Interaktion arbeiten Informatiker, Ingenieure und Psychologen der Uni Ulm an der Lösung: Intelligente technische Systeme, so genannte Companions, stellen sich als partnerschaftliche Dienstleister auf ihre Nutzer, deren individuelle Fähigkeiten, Bedürfnisse und Vorlieben ein. Der Fahrkartenautomat bedient den gestressten Reisenden also schneller und das Auto greift ein, wenn der Fahrer übermüdet ist oder den Überblick verliert.

„In Zukunft werden alle technischen Systeme – vom Fernseher über die Fitness-App bis zum medizinischen Diagnoseinstrument – Companions sein, die sich hochindividuell und rund um die Uhr auf den Nutzer und seine Situation einstellen“, sagt Professorin Susanne Biundo-Stephan, Sprecherin des Sonderforschungsbereichs/Transregio 62 „Eine Companion-Technologie für kognitive technische Systeme“ (SFB /TRR 62).

Seit 2009 arbeiten mehr als 70 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Ulm und Magdeburg – darunter Informatiker, Ingenieure, Psychologen, Neurobiologen und Mediziner – in diesem SFB daran, zentrale kognitive Fähigkeiten des Menschen wie Wahrnehmen und Erkennen, Interaktion und Kommunikation sowie planerische Fähigkeiten und Entscheidungsverhalten auf technische Systeme zu übertragen. 2013 ist die zweite Phase mit einem Fördervolumen von 10 Millionen Euro angelaufen.

Am Anfang steht eine Analyse durch den Companion: Mittels Kamera, Mikrofon und weiterer Sensorik erfasst und erlernt das technische System Sprachmerkmale, Mimik, Gesten und psychobiologische Merkmale des Nutzers. Durch diese Bestandsaufnahme schließt die Maschine auf die aktuelle Situation und den emotionalen Zustand ihres Gegenübers.

Hat der Anwender weitere Daten freigegeben, zum Beispiel aus seinem Smartphone, berücksichtigt das System darüber hinaus seine Vorlieben und Ziele. Und so wirken Computer, Fahrkartenautomaten oder medizinische Diagnoseinstrumente, die selbstständig planen, schlussfolgern und handeln können, auf einmal ganz schön menschlich. Die Heimkinoanlage führt den Benutzer zum Beispiel durch ihre eigene Installation, und das Smartphone unterstützt Personen mit eingeschränkten kognitiven Fähigkeiten. Dabei haben die Forscher den Datenschutz stets im Blick.

Unter dem Motto „Technik wie für mich gemacht“ ist der SFB 62 von der Deutschen Forschungsgemeinschaft als Vorzeigeprojekt ausgezeichnet worden. Zudem gehört er 2015 zu den Preisträgern des deutschlandweiten Wettbewerbs „Ausgezeichnete Orte im Land der Ideen“.

Mensch-Maschine Interaktion als roter Faden

Die interdisziplinäre Forschung zu Kognitiven Systemen und Mensch-Maschine-Interaktion verdeutlicht das Alleinstellungsmerkmal der Fakultät: Seit 2009 werden die Technikdisziplinen Ingenieurwissenschaften und Informatik durch die Psychologie ergänzt und gestärkt. Ein wichtiges gemeinsames Forschungsfeld mit Berührungspunkten zum SFB ist das hochautomatisierte/autonome Fahren, zentriert am Ulmer Institut für Mess-, Regel- und Mikrotechnik. Institutsleiter Professor Klaus Dietmayer ist überzeugt: In einigen Jahren werden Autos ohne Fahrereingriff sicher durch den innerstädtischen Verkehr rollen und sich gegenseitig vor Staus und Gefahrenquellen warnen. Diese leistungsfähigen Assistenzsysteme sollen den Fahrer unterstützen, nicht jedoch entmündigen. Wie beide Seiten miteinander kommunizieren und so Fehlerquellen vermieden können, erforscht Martin Baumann, Professor für Human Factors. Der Psychologe testet bestehende Systeme und berät Kollegen aus den Technikfächern. Dazu führt er unter anderem Experimente im Fahrsimulator durch: Wie viele Fehler macht der Autofahrer? Und wovon lässt er sich ablenken? Solche Fragen werden mithilfe von Daten aus dem Bordcomputer, von Kameras und durch sogenanntes Eye tracking beantwortet.

Die Forschung rund um das intelligente Auto der Zukunft ist in der interdisziplinären Forschergruppe F3 institutionalisiert. Dazu kommt das Zentrum driveU des Instituts für Mess-, Regel- und Mikrotechnik und der Daimler AG.

Ob an Assistenzsystemen für das alltägliche Leben oder an hochautomatisierten Fahrzeugen, die anwendungsorientierte Forschung zu kognitiven Systemen und Mensch-Maschine-Interaktion zieht sich wie ein roter Faden durch die Fakultät.

Das Testfahrzeug kann ohne Fahrereingriff durch den Straßenverkehr steuern.
Das Testfahrzeug kann ohne Fahrereingriff durch den Straßenverkehr steuern.

Nachwuchsförderung durch Lernspiele und Graduiertenprogramme

Den Bogen zur Lehr-/Lernforschung schlägt eine deutschlandweit einmalige, von der Carl Zeiss Stiftung geförderten Forschergruppe zu Serious Games. In dieser Gruppe werden  Lernspiele entwickelt, mit denen  das Zusammenspiel menschlicher Organe oder einfach Vokabeln „gepaukt“ werden können. Als übergeordnetes Ziel wollen die Wissenschaftler verstehen, wie Games das Lernen befördern und welche Spielelemente besonders motivierend wirken.

Für den wissenschaftlichen Nachwuchs im Bereich kognitive Systeme und Mensch-Maschine-Interaktion ist gesorgt: Neben dem Promotionsprogramm des SFB bietet die Universität Ulm seit dem Wintersemester 2014/15 den englisch-sprachigen Masterstudiengang Cognitive Systems im Grenzbereich zwischen Informatik und Psychologie an. Dieser Studiengang verdeutlicht einmal mehr die gelungene Symbiose der Technikfächer und der Psychologie an der Uni Ulm.