Kognitive Systeme und Mensch-Technik-Interaktion

Technik, die mit dem Menschen interagiert, ist in vielen Lebensbereichen auf dem Vormarsch. Damit diese Kooperation und Kommunikation erfolgreich verläuft, forschen an der Universität Ulm Ingenieure, Informatiker und Psychologen gemeinsam – und das mit Erfolg.

Beteiligte Institute

Institut für Mess-, Regel- und Mikrotechnik
Prof. Dr.-Ing. Klaus Dietmayer, Prof. Dr. K. Graichen
Institut für Nachrichtentechnik
Prof. Dr.-Ing. Martin Bossert
Institut für Elektronische Bauelemente und Schaltungen
Prof. Dr.-Ing. Hermann Schumacher, Prof. Dr. S. Strehle
Institut für Datenbanken und Informationssysteme
Prof. Dr. Manfred Reichert
Institut für Künstliche Intelligenz
Prof. Dr. Susanne Biundo-Stephan, Prof. Dr. B. Glimm
Institut für Medieninformatik
Prof. Dr. Timo Ropinski, Prof. Dr. E. Rukzio, Prof. Dr. M. Weber
Institut für Neuroinformatik
Prof. Dr. Dr. Daniel Alexander Braun, Prof. Dr. H. Neumann
Institut für Allgemeine Psychologie
Prof. Dr. Anke Huckauf
Institut für Angewandte Emotions- und Motivationspsychologie
Prof. Dr. Cornelia Herbert
Institut für Angewandte Kognitionspsychologie
Prof. Dr. Marc Ernst
Institut für Human Factors
Prof. Dr. Martin Baumann
Institut für Klinische Psychologie und Psychotherapie
Prof. Dr. Harald Baumeister
Institut für Klinische & Gesundheitspsychologie
Prof. Fr. Dr. Olga Pollatos
Institut für Klinische & Biologische Psychologie
Prof. Dr. Iris-Tatjana Kolassa
Institut für Lehr-Lernforschung
Prof. Dr. Tina Seufert
Institut für Serious Games
Jun.-Prof. Dr. Claudia Schrader

Mensch und Technik - Hand in Hand

Wer will schon seitenlange Gebrauchsanweisungen für den neuen Flat-Screen-TV studieren oder an der Einrichtung des neuen Smartphones verzweifeln... Innovationszyklen werden immer kürzer, Technik immer „intelligenter“, aber für den Menschen auch immer komplizierter zu bedienen. Genau hier setzt das Forschungsfeld kognitive Systeme und Mensch-Technik-Interaktion der Universität Ulm an. Technische Systeme, die mit dem Menschen interagieren, sogenannte Assistenten, sollen so gestaltet sein, dass sie sich auf die individuellen Fähigkeiten, Bedürfnisse und Vorlieben der Nutzer einstellen.

Ein Beispiel für die Anwendung liefert ein neues Transferprojekt des Ulmer Instituts für Künstliche Intelligenz zusammen mit der Zentralen Forschung und Vorausentwicklung der Robert Bosch GmbH. Hier soll ein Assistenzsystem Heimwerker bei verschiedenen Hobbyprojekten, so zum Beispiel beim Aufbau eines Regals, unterstützen. Dabei schlägt das System die Reihenfolge der verwendeten Werkzeuge und Materialien vor oder liefert eine Einschätzung welches Elektrogerät sinnvoll ist. Eine mögliche Weiterentwicklung, an der in Zusammenarbeit mit dem Industriepartner ebenfalls geforscht wird: die Geräte mit „smarter“ Technik ausstatten, so dass die Maschinen selbst mit dem Assistenten oder dem Menschen kommunizieren können.

Wichtige Grundlagenforschung für den Forschungsbereich hat der Sonderforschungsbereich/Transregio (SFB /TRR) 62 „Eine Companion-Technologie für kognitive technische Systeme“ geleistet. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Ulm und Magdeburg haben hier vor allem daran gearbeitet, zentrale kognitive Fähigkeiten des Menschen auf technische Systeme zu übertragen – vom Wahrnehmen und Erkennen, über die Interaktion und Kommunikation bis hin zu planerischen Tätigkeiten und dem Entscheidungsverhalten. Diese Erkenntnisse flossen an der Uni Ulm in unterschiedliche Projekte ein und werden weiterverfolgt.

Eine Fakultät für alle Fragen

Für die Forschung zu kognitiven Systemen und Mensch-Technik-Interaktion ist die Uni Ulm bestens aufgestellt. Ingenieure, Informatiker und Psychologen arbeiten eng in einer Fakultät zusammen und sind unter anderem auch in den Forschungsbereich hochautomatisierten Fahren eingebunden.

Im BioMotionLab helfen die mit Motion-Capture- und Eyetracking-Verfahren durchgeführten Untersuchungen, die kognitiven Fähigkeiten des Menschen zu analysieren. Wie zum Beispiel erkennt unser Gehirn eine Bewegung oder eine Handlung? Daraus entwickeln Informatiker Algorithmen für die kognitiven Systeme, um diese menschlichen Wahrnehmungsprozesse nachzubilden. Wie leistungsfähig und praxistauglich diese Algorithmen sind, testen die Forscher an kleinen Roboter-Modellen. Im Projekt „Neuronale Mechanismen der visuell-auditiven Integration zur Robotersteuerung in neuromorpher Architektur“ (VA-MORPH) erforschen Neuroinformatiker und Kognitionsforscher, wie kognitive Systeme visuelle und auditive Sensordaten robuster, schneller und effizienter verarbeiten können.

Mobile Endgeräte mit interaktiven Oberflächen und Datenbrillen sind ein weiterer wichtiger Forschungsbereich, da sich diese Technologien immer weiter verbreiten, aber gleichzeitig Hürden aufweisen, die die Anwendung erschweren. In diesem Kontext erforscht das von der DFG geförderte Projekt Entwicklung von Interaktionstechniken, Konzepten und Werkzeugen für mobile Interaktionen mit ubiquitären Benutzungsschnittstellen, wie die Effektivität, Effizienz und Zufriedenheit bei der Benutzung dieser Geräte erhöht werden kann.

Die Mensch-Technik-Interaktion führt auch zu vielfältigen und signifikanten Verbesserungen im medizinischen Bereich. Am BMBF-Projekt SenseEmotion sind die Ulmer Institute für Medieninformatik und Neuroinformatik zusammen mit der Universität Augsburg und dem Universitätsklinikum Ulm beteiligt. Im Mittelpunkt der Forschung steht die Frage, wie die Behandlung der Schmerzen optimiert werden kann. Körperliche Schmerzen sollen automatisch erkannt und durch interaktive Anwendungen entsprechende Hilfestellungen gegeben werden. Das Ziel ist es, Wohlbefinden und Lebensqualität vor allem von älteren Menschen und Patienten, die nur eingeschränkt kommunizieren können, zu verbessern.

Nachwuchsförderung und Technologietransfer

Für die Förderung des akademischen Nachwuchses hat die Universität zusammen mit der Hochschule Ulm das kooperative Promotionskolleg „Cognitive Computing in Socio-Technical Systems“ geschaffen. Die Uni Ulm bringt darin neben ihrer Expertise aus dem SFB auch Wissen um "Adaptives Prozess-Management" ein. Die Hochschule Ulm hingegen bietet Fachkompetenz aus dem Bereich Service-Robotik und der Entwicklung intelligenter Produktions- und Fördersysteme. Die Stipendiaten untersuchen unter anderem Modelle, mit denen Service-Roboter eine Entscheidung treffen können. Die Kombination aus anwendungs- und grundlagenorientierter Forschung kommt außerdem dem regionalen Technologietransfer zugute.

Egal ob Assistenzsysteme für den Alltag oder das Erlernen von komplizierten Handlungsabläufen mittels 3-D-Brille; die anwendungsorientierte Forschung zu kognitiven Systemen und Mensch-Technik-Interaktion zieht sich als roter Faden durch die Ulmer Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Informatik und Psychologie.