Die IuK-Technik wird spannender

Den Computer kennen wir nun alle. Zustimmend nehmen wir zu Kenntnis, dass ab und zu ein Kollege über die Maschine flucht. Klammheimliche Zustimmung auch, wenn eine Zeitung mal wieder berichtet, dass ein PC-User seine Hardware aus Wut über Disfunktionen aus dem Fenster geworfen hat. Nicht jeder Techniker und nicht jeder Maschinenbediener erlebt das vollendete Glück im Umgang mit der elektronischen Steuerung. Vollkommen klar ist: Was wir nutzen, ist längst nicht perfekt. Doch die Forschung hat die Fehler erkannt und sich zur Aufgabe gemacht, uns morgen in den Frieden mit dem Computer zu führen. Hier einige Einblicke in die Aufgabenstellung und den Forschungsstand:

Interfaces - Mensch-Maschine-Kommunikation

Mit manchen Computern macht es Spaß zu arbeiten, mit anderen weniger. Roboter werden in Produktionsstätten nicht länger in abgetrennten Bereichen arbeiten, sondern zusammen mit ihren menschlichen Kollegen. Für die Kooperation zwischen Mensch und Computern bedeutet das erheblichen Forschungs- und Entwicklungsbedarf. Die Erforschung aller Möglichkeiten, Computer auf einfache Weise zu bedienen und die Gestaltung von funktionalen und intelligenten IT-Werkzeugen ist das Arbeitsgebiet der Mensch-Maschine-Kommunikation.

Es gibt Arbeitsgeräte, deren Bedienung Experten benötigt. Computer waren lange Jahre nur für die PC-Profis konstruiert. Der Siegeszug des PC mit grafischer Benutzeroberfläche und Maus hat gezeigt, dass der Umgang mit Computern auch einfacher sein kann. Die Ideen stammen aus der Erforschung der Mensch-Maschine-Kommunikation, die in den USA "User Interface Engineering" genannt wird.

Doch die Entwicklung ist schon weiter als Maus und Computerbildschirm. Sprache, Gestik und andere Formen der Verständigung sind für die Interaktion mit dem Computer bereits erprobt. Immer neue Einsatzfelder und immer kleiner werdende Systeme verlangen nach völlig neuartigen Lösungen für die Steuerung von Computern. Innovative Lösungen zum Umgang des Menschen mit der Technik werden zukünftig die Voraussetzung sein, um für neue Systeme Kundinnen und Kunden zu finden. Die Forschung hat dabei in Deutschland drei neue Schwerpunkte:

Virtuelle Welten

Die deutsche Forschung gehört derzeit zu den weltweit Führenden auf dem Gebiet der virtuellen und erweiterten Realität. Das schließt die Darstellung vollständig künstlich erzeugter Welten genauso ein wie die Erweiterung von realen Sinneseindrücken um per Computer erzeugte Zusatzinformationen. Beispiel für erweiterte Realitäten (englisch: augmented reality, AR) sind die von einigen Automobilherstellern schon angebotenen Fahrerinformationen, die im Sichtfeld des Fahrers auf die Frontscheibe projiziert werden.

Das Forschungsgebiet "Virtuelle Welten" ist für kleine und mittlere Unternehmen wichtig und zunehmend interessant, da mittlerweile ausreichend leistungsfähige Hardware bezahlbar wird. Aber auch Großunternehmen können von der Technologie profitieren, beispielsweise bei der durch Techniken der erweiterten Realität unterstützten außerordentlich komplexen Verkabelung von Flugzeugen, Fahrzeugen und anderem.

Die Ergebnisse aus Forschungsprojekten des Bundesministeriums für Bildung und Forschung führten in den letzten vier Jahren zu 40 Patenten. Es geht jetzt darum, diese Forschungen zügig fortzusetzen, um den Vorsprung auszubauen. Die technologischen Herausforderungen liegen in:

• markerlosem Tracking - dem Verfolgen von realen Szenen in der normalen Umwelt, speziell der genauen Bestimmung von Position und Orientierung in gemischten Welten ohne spezielle Markierungen,
• der Entwicklung von Softwareentwicklungssystemen und dort speziell in der AR-gerechten Aufbereitung komplexer Sachverhalte und dynamischer und statischer Datenbestände,
• der Weiterentwicklung von Datenbrillen und leistungsfähigen Head Mounted Displays, die leicht und robust sind, zugleich aber auch leistungsfähig sein sollen sowie
• in der benutzerzentrierten Gestaltung dieser Technik.

Servicerobotik

Die Gesellschaft in den Industrieländern, insbesondere Deutschland und Japan, altert sehr schnell. Es ist absehbar, dass schon in wenigen Jahren nicht mehr genügend Pflegepersonal zur Verfügung steht. Auf diese Entwicklung zielen die Serviceroboter für den privaten Bereich ab. Im industriellen Umfeld wächst der Bedarf an Robotern, die zusammen mit Menschen in einer Arbeitsumgebung operieren können. Um Unfälle zu vermeiden, wenn sich Roboter in Werkshallen frei bewegen, müssen Roboter die Menschen sicher wahrnehmen und Gefahren zuverlässig vermeiden. Zugleich müssen Roboter enger als bisher mit Menschen zusammenarbeiten, um die Fähigkeiten von Menschen und Maschinen besser zu nutzen.

Ziel ist es daher, die Interaktion des Menschen mit Robotern technisch so weiterzuentwickeln, dass eine Kooperation zwischen Menschen und Robotern sowohl im industriellen wie auch im privaten Bereich möglich ist. Deutschland ist auf dem Gebiet der Serviceroboter weltweit mit an der Spitze. Die Entwicklung der Servicerobotik bis zum Einsatz dauert noch fünf bis zehn Jahre. Insoweit ist der Markt für die Servicerobotik noch offen. Wir müssen versuchen, ihn zu gewinnen. Die Hauptzielrichtungen liegen hier in der Medizin, der Reinigung, der Kontrolle und der Sicherheit sowie bei den Heimrobotern.

Semantic Web

Die Entwicklung des World Wide Web (WWW) geht derzeit von der klassischen Annotierung von Webseiten mit den HTML-Beschreibungsmitteln über zur inhaltlichen bis hin zur automatischen Annotierung. Für die Benutzerinnen und Benutzer werden die technischen Möglichkeiten entwickelt, eine Suche im Internet direkt durch Spracheingabe mit ergänzenden Zeigegesten durchzuführen. Das Ziel ist, zukünftig gesprochene Sätze als Anfrage einzugeben, zu der dann eine ganze inhaltliche Antwort ausgegeben wird. Bisher erfolgt eine Ausgabe aller Seiten im Internet, die ein bestimmtes Stichwort enthalten. Auf diesem Gebiet der so genannten multimodalen Interaktion mit dem Internet und der inhaltlichen Suche im Netz ist die deutsche Forschung weltweit führend. Für Anwendungen dieser Technik besteht ein großer Markt.

SmartWeb: Maschinen lernen, Menschen zu verstehen

Neue Technologien wie das Internet oder das Handy erleichtern uns das Leben: Informationen sind damit fast überall und zu jeder Zeit abrufbar. Doch die Kommunikation zwischen Mensch und Technik funktioniert nicht immer reibungslos. Oft verstehen Maschinen nicht, was Menschen von ihnen wollen. Das soll sich ändern. In verschiedenen Projekten wird daran gearbeitet, die Mensch-Maschine-Interaktion zu verbessern, um die Technik an den Menschen anpassen und ihm so ein intuitives und einfaches Bedienen ermöglichen.

SmartWeb - Intelligente Suche
Bei der Suche nach Informationen stoßen Internetnutzerinnen und -nutzer häufig an die Grenzen der Mensch-Maschine-Kommunikation: Auf Fragen wie "Was ist der höchste Berg Deutschlands?" oder "Wie heißt der deutsche Fußball-Rekordnationalspieler?" erhalten sie eine Flut an Internetseiten. Diese enthalten zwar die Wörter "höchste Berg" oder "Rekordnationalspieler", die Antwort ist aber oft nicht dabei. Deshalb müssen Menschen die Suchanfrage so formulieren, dass der Computer sie "versteht". Menschen passen sich also der Maschine an - zumindest bisher. Den Zugang zu Informationen aus dem Internet erleichtern - das ist das Ziel des Projektes "SmartWeb".

16 Partner aus Wirtschaft und Wissenschaft entwickeln Lösungen für eine "intelligente" Suche im Internet und die dazugehörigen mobilen Anwendungen. Diese Suche basiert auf dem semantischen Web (auch Semantic Web), das eine Erweiterung des bisherigen World Wide Web darstellt. Das semantische Web enthält Daten bzw. Internetseiten, die auch Maschinen lesen können. Der Vorteil für alle: Endgeräte wie Laptops, Handys oder Personal Digital Assistents (PDAs) verstehen, was mit einer Eingabe gemeint ist und liefern Antworten und nicht nur eine Auflistung von Internetseiten.

Mehr dazu auf: www.smartweb-projekt.de

Kommunikation zwischen Verkehrsteilnehmern - ganz automatisch
Eine Integration von KfZ-Sensorik, Umweltinformationen und eine an Gefahrensituationen angepaßte Kommunikation zeigt eine weiteres SmartWeb-Ergebnis. Für alle Auto- und Motorradfahrer kann die Information "Fahrbahnglätte - Ölspur auf der Fahrbahn!" lebensrettend sein. Viele Autos haben schon Sensoren an Bord, mit deren Hilfe sich solche Daten zur Straßenlage erkennen oder ableiten lassen. Die Kommunikation zwischen Fahrzeugen kann solche lokal mit Sensorhilfe aufgenommenen Informationen unmittelbar an alle Verkehrsteilnehmer in der Umgebung senden. Nicht nur die Car-to-Car, sondern die zu allen Verkehrsteilnehmern! Das DFKI zeigte mit der BMW AG auf der CeBIT 2007 die intelligente Kommunikation zwischen Pkw und Motorrad, bei der solche Warnmeldungen auch als Sprachmitteilung im Helm des Fahrers ausgegeben werden können.

Virtual Human - Maschinen zeigen Gefühl

Mit einer anderen Form der Mensch-Maschine-Kommunikation beschäftigt sich das BMBF-Verbundprojekt "Virtual Human". Sieben Partner aus Wissenschaft und Wirtschaft haben es sich zum Ziel gesetzt, virtuelle Menschen zu schaffen, die nicht nur realistisch aussehen, sondern sich auch so verhalten. Virtuelle Kundenberater, die einem beim Einkaufen helfen oder virtuelle Tutoren, die Sprachen beibringen - das soll in Zukunft möglich sein. Wie? Durch eine verbesserte grafische Darstellung und möglichst authentische Mimik und Gestik.

Dabei unterscheiden sich die virtuellen Menschen grundlegend von den alt bekannten Figuren aus Computerspielen oder aus dem Fernsehen. Ihre Reaktionen sind nicht vorprogrammiert, sie reagieren selbstständig und in Echtzeit auf ihre Umgebung. Und noch mehr: die virtuellen Menschen zeigen sogar Emotionen, sie haben schauspielerische Fähigkeiten. Die Möglichkeiten, die sich für virtuelle Menschen ergeben, sind vielfältig: zum Beispiel könnte uns in naher Zukunft ein virtueller Mensch am Fahrscheinautomaten begrüßen und uns beim Kauf des richtigen Fahrscheins beraten. Eine große Zukunft wird ihnen auch im Bereich der Bildungssoftware prophezeit: Ein virtueller Tutor könnte bald Schülerinnen und Schülern das Lernen erleichtern.