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Technische Fakultät

Prof. Dr. Markus Nebel neuer Prodekan der Technischen Fakultät

Veröffentlicht am 20. Juli 2018

Prof. Dr. Markus Nebel wurde zum neuen Prodekan der Technischen Fakultät gewählt. Er unterstützt ab sofort den Dekan Prof. Dr. Philipp Cimiano.

Foto Prof. Dr. Markus NebelProf. Dr. Markus Nebel ist seit April 2016 an der Universität Bielefeld und leitet die Forschungsgruppe Algorithmik und Bioinformatik.
Seine Forschung adressiert Fragestellungen aus dem Bereich der Algorithmik. Sie untersucht die Effizienz von Algorithmen und Datenstrukturen mit dem Ziel, diese zu verbessern. Ein zweiter Schwerpunkt seiner Arbeit ist die Bioinformatik. Hier beschäftigt sich die Forschungsgruppe insbesondere mit der Faltung von RNA Molekülen, deren algorithmischer Vorhersage, sowie mit Verfahren zum sog. Denoising großer Sequenzdatenmengen.

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Dem Gehirn auf der Spur

Veröffentlicht am 17. Juli 2018
„Human Brain“-Projekt an der Universität Bielefeld für zwei Jahre verlängert

Professor Dr. Ulrich Rückert, Forscher am Exzellenzcluster CITEC und an der Technischen Fakultät, arbeitet daran, das menschliche Gehirn mit Hilfe von computerbasierten Modellen besser zu verstehen. Das Projekt läuft EU-weit und hat das Ziel, Erkenntnisse zum Gehirn zu sammeln und miteinander zu vernetzen.


Professor Dr-Ing. Ulrich Rückert ist mit seiner Forschungsgruppe an dem „Human Brain“-Projekt der Europäischen Union beteiligt. Foto: CITEC/Universität Bielefeld
Professor Dr. Ulrich Rückert arbeitet beim „Human Brain“-Projekt mit. Foto: CITEC / Universität Bielefeld
Es ist eigentlich gar nicht so groß, dafür aber unglaublich komplex: „Wir wissen bis heute nicht genau, wie das Gehirn eigentlich funktioniert“, sagt der Ingenieur und Informatiker Professor Dr. Ulrich Rückert. Er ist am „Human Brain“-Projekt (HBP) beteiligt, bei dem es darum geht, Erkenntnisse über das menschliche Gehirn zu sammeln. Verschiedene internationale Projektgruppen forschen dabei am Gehirn und wollen es nicht nur verstehen, sondern auch abstrakt nachbilden.

Insgesamt ist das HBP auf zehn Jahre angelegt und soll bis 2023 laufen. Dabei gliedert sich das Projekt in verschiedene Teilphasen. Die aktuell dritte Phase läuft von 2018 bis 2020, die vierte Phase ist von 2020 bis 2023 vorgesehen. Für jede Phase sind die Gruppen aufgefordert, einen Antrag auf Weiterförderung zu stellen. Das Projekt, in dem die Universität Bielefeld mitarbeitet, wurde als „sehr gut“ begutachtet. Insgesamt sind für das EU-Projekt 1,19 Milliarden Euro vorgesehen.

„Wir haben relativ viel Detailwissen über das Gehirn“, sagt Rückert. Er ist Leiter der Forschungsgruppe Kognitronik und Sensorik der Technischen Fakultät der Universität Bielefeld, die auch zum Exzellenzcluster Kognitive Interaktionstechnologie (CITEC) der Universität Bielefeld gehört.

Es ist beispielsweise klar, dass Nervenzellen durch elektrische Impulse miteinander agieren. „Außerdem sind die Funktionen einzelner Regionen des Gehirns bekannt“, sagt Rückert. Aber: Wie die molekulare Ebene des Gehirns mit den großflächigen Strukturen zusammenhängt, ist nicht klar. „An dieser Stelle klafft noch eine große Lücke“, sagt der Ingenieur.

Das Gesamtprojekt hat das Ziel, das Wissen über das menschliche Gehirn zusammenzutragen und es miteinander zu vernetzen. Dieses Wissen soll insbesondere der Medizin und der Informatik dienen: Wenn es gelingt, das Gehirn möglichst exakt nachzubilden, könnte man zum Beispiel neurologische Erkrankungen wie Alzheimer oder Parkinson besser verstehen und vielleicht heilen. Auch Wirkung und Nebenwirkung von Medikamenten ließen sich maschinell austesten.

Ulrich Rückert befasst sich beim HBP mit dem assoziativen Gedächtnis. Er forscht dazu an neuronalen Netzwerken. „Es geht dabei darum, eine neue Architektur für Rechner zu entwickeln“, sagt er. Computer können manche Dinge unglaublich effizient: Schach spielen zum Beispiel oder Rechenaufgaben lösen. „Sie sind immer dann gut, wenn es feste Regeln und Strukturen gibt“, sagt Rückert.

Ganz anders aber arbeitet das menschliche Gehirn: Es ist sehr stark darin, verschiedene Dinge miteinander in Beziehung zu setzen. „Wir betreten zum Beispiel ein Zimmer und wissen sofort, wo wir sind und wo im Raum wir uns befinden“, sagt Rückert. „Für einen Computer wäre das hingegen eine sehr komplizierte Rechenoperation.“

Das Gehirn arbeitet nach ganz anderen Prinzipien als ein Rechner. „Ein Rechner braucht oft 1000-mal mehr Energie als das Gehirn für eine solche Operation“, sagt Rückert. „Wenn wir nachbilden können, wie das Gehirn arbeitet, dann lässt sich an vielen Stellen der Energieumsatz technischer Systeme reduzieren.“ Das gilt für ganz verschiedene Systeme in der Robotik, zum Beispiel für das autonome Fahren. „Ein großes Problem ist dabei bislang die Energieversorgung“, sagt der Wissenschaftler. „Eine Lösung wäre, wenn bestimmte Prozesse wie zum Beispiel die Orientierung energieeffizienter ablaufen.“

Das Gehirn ist nicht einmal besonders schnell – aber es geht sparsam mit Energie um. „Ein Rechner ist bei einer Einzeloperation schneller“, sagt Rückert. „Aber eine große Stärke des Gehirns ist es, dass verschiedene Prozesse parallel laufen und miteinander verknüpft werden.“ Die Modelle dazu entstehen im HBP vorrangig virtuell, werden aber auch analog nachgebaut.

Rückert hat aktuell die Aufgabe bekommen, die neuronalen Modelle zweier Forschungsgruppen aus Heidelberg und Mannheim zu bewerten. „Wir arbeiten rege zusammen und haben einen intensiven Austausch in den einzelnen Gruppen des Projekts“, sagt Rückert. „Ich bin sehr gespannt auf die Ergebnisse.“

Weitere Informationen:
www.humanbrainproject.eu
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Tiere sind Prototypen für die Robotik

Veröffentlicht am 11. Juli 2018
Von Hummeln und Bewegungsdetektoren: Citec-Forschende präsentieren bei Europäischer Konferenz für Neurowissenschaften

Die Selbstverständlichkeit, mit der sich Lebewesen in ihrer Umgebung orientieren und bewegen, Hindernissen ausweichen, und wieder nach Hause finden ohne dass ihr Gehirn für diese komplexen Leistungen viel Energie verbraucht – das ist das Vorbild jener Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, die auch Roboter mit solchen Fähigkeiten ausstatten wollen. Denn auf diesem Gebiet liegen noch immer Welten zwischen Hirn und Elektronik. Der Austausch zwischen Verhaltensneurologen und Wissenschaftlern aus der Robotik steht im Mittelpunkt eines Symposiums auf dem FENS Forum 2018 (07.-11.07.) in Berlin, der europäischen Tagung für Neurowissenschaften. Zwei Bielefelder Citec-Forschende präsentieren dort ihre Ergebnisse.


Hummeln haben zwar ein kleines Gehirn, doch damit kommen sie bei der Futtersuche ziemlich weit herum. Je nach Spezies beträgt ihr Radius bis zu drei Kilometer. Auf der Flugroute wimmelt es nicht nur von Feinden, sondern auch von Hindernissen. Wechselnde Windstärken und Windrichtungen kommen hinzu. Die Insekten müssen ihren Flug durch eine wechselhafte Umgebung steuern, großflächig navigieren und lernen, wie sie eine gute Futterquelle wiederfinden und heim ins Nest kommen.

„Wenn Hummeln erstmals ihr Nest verlassen, unternehmen sie zunächst Lernflüge, um sich die Umgebung einzuprägen, damit sie wieder zurückfinden“, sagt Dr. Olivier Bertrand von der Abteilung für Neurobiologie der Universität Bielefeld. „Diese Flüge haben ein loop-artiges Muster, wobei das Muster von Tier zu Tier variiert, wie unsere Studien zeigen. Wir vermuten, dass die Hummeln dabei Momentaufnahmen von ihrer Umgebung im Gehirn abspeichern, deren Nützlichkeit bei nachfolgenden Flügen überprüft wird.“

Die Forschung von Professorin Dr. Elisabetta Chicca ebnet den Weg für die autonome Navigation.
Die Forschung von Professorin Dr. Elisabetta Chicca ebnet den Weg für die autonome Navigation.
Neuromorphe Systeme ähneln den neuronalen Netzwerken des Gehirns. Ihre Hardware ist hochspezialisiert und hochgradig vernetzt. Ein Team um Professorin Dr. Elisabetta Chicca von der Universität Bielefeld hat ein neuromorphes Modell entwickelt, das autonomen mobilen Systemen die Fähigkeit geben soll, in komplexen Umgebungen besser zu navigieren und Hindernissen auszuweichen. Die „Laseraugen“ (Laser-Distanzsensoren) selbstfahrender Autos erkennen zwar Hindernisse, sind jedoch trotz langjähriger Entwicklung sehr teuer. Sie verbrauchen viel Energie und – wie aktuelle Vorfälle gezeigt haben – kommt es zu Fehlinterpretationen in bestimmten Situationen. Hier könnte das System der Bielefelder Wissenschaftler Fortschritte bringen.

„Wir haben einen neuen elektronischen Bewegungsdetektor entwickelt, den „Spiking Elementary Motion Detector“, der die relative Bewegung von Objekten erfassen kann“, sagt Professorin Chicca. Was eine „relative Bewegung“ ist, kennt jeder Auto- oder Zugfahrer: Der Kirchturm in der Ferne gleitet langsam vorbei, während der Baum am Straßenrand sehr schnell vorbei rauscht. Insekten nutzten solche Informationen bei der Navigation im Gelände, um Kollisionen zu vermeiden.

Der neue Bewegungsdetektor, kurz sEMD genannt, ist eine technische Nervenzelle mit einer künstlichen Synapse. Er kann Signale aufnehmen und Signale produzieren, wenn zwei Impulse innerhalb einer bestimmten Zeit eintreffen– darum der Namenszusatz „spiking“. Ein Chip kann tausende dieser Detektoren tragen, je nach Experiment.

Ihren Input erhalten die Detektoren von innovativen neuromoprhen Kameras, produziert von einem Unternehmen in der Schweiz. Im Unterschied zu normalen Kameras produzieren die einzelnen Pixel der Sensoren in diesen Kameras eigenständig nur dann ein Signal, wenn sich etwas in ihrem „Blickfeld“ verändert. Diese Signale werden von rezeptiven Feldern des Bewegungsdetektors aufgefangen. Jeder Detektor besitzt zwei Rezeptive Felder, bei denen jeweils die Signale von neun Pixeln einlaufen. Wird mehr als die Hälfte der Pixel eines rezeptiven Feldes aktiviert, produziert das rezeptive Feld ein Signal, das vom Detektor weiterverarbeitet wird. Aus den zeitlichen Abständen zwischen den Signalen von zwei benachbarten Rezeptiven Feldern kann der Detektor die relative Geschwindigkeit berechnen, mit dem sich ein Gegenstand vor der Kamera bewegt. „Unsere Experimente zeigen, dass es möglich ist, Informationen für die Navigation von Robotern zu generieren, die Kollisionen vermeiden“, erklärt Professorin Chicca. „Unsere Ergebnisse ebnen den Weg zum Bau von Low-Power-Kompaktsystemen für die autonome Navigation. Zusätzlich ist der sEMD ein universell einsetzbares Element zur Berechnung von Zeitdifferenzen und kann darum auch für die Verarbeitung andere Sinnesreize genutzt werden, beispielsweise für die Ortung einer Schallquelle.
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Bielefelder Roboter gewinnt Weltmeisterschaft in Kanada

Veröffentlicht am 25. Juni 2018
Team vom Exzellenzcluster CITEC setzt sich im Finale des RoboCup durch

Ein Team von Studierenden und Forschenden des Exzellenzclusters Kognitive Interaktionstechnologie (CITEC) der Universität Bielefeld hat bei der RoboCup-Weltmeisterschaft in Montreal (Kanada) gewonnen. Der RoboCup ist der weltweit führende und größte Wettbewerb für intelligente Roboter. Das „Team of Bielefeld“ (ToBi) zeigte mit Roboter Pepper in der Haushaltsliga sein Können. Mehr als 400 Teams aus aller Welt traten vom 18. bis zum 22. Juni in verschiedenen Ligen gegeneinander an. Jetzt sind die Forschenden zurück in Bielefeld.

Das CITEC-Team erreichte mit Pepper bei der RoboCup-Weltmeisterschaft den ersten Platz in der Haushaltsliga. Foto: Universität Bielefeld/CITEC
Das CITEC-Team erreichte mit Pepper bei der RoboCup-Weltmeisterschaft den ersten Platz in der Haushaltsliga. Foto: Universität Bielefeld/CITEC
Dr. Sven Wachsmuth, Leiter des Zentrallabors am CITEC und sein wissenschaftlicher Mitarbeiter Florian Lier leiteten das Team zusammen mit dem Masterstudenten Johannes Kummert. „Es ist großartig zu sehen, wie sich die Studierenden von der ersten Vorbereitung bis zum Wettbewerb entwickelt haben“, sagt Wachsmuth. „Sie haben gelernt, mit komplexen Systemen wie Robotern umzugehen und eigenständig mit diesen zu arbeiten. Dass wir nun einen ersten Platz erzielen konnten, ist natürlich ein großartiger Erfolg.“

Lier ergänzt: „Das Team hat sich sehr gut darauf vorbereitet, auch mit Unwägbarkeiten umzugehen. Die Infrastruktur vor Ort ist anders als im Labor. Die Studierenden haben viel Arbeit reingesteckt, die Software so stabil wie möglich zu entwickeln und das ist ihnen perfekt gelungen.“  

Die Bielefelder Studierenden entwickelten die Software von Pepper weiter, sodass der Ro-boter wesentlich robuster auf sein Umfeld reagieren kann. Foto: CITEC/F. Gentsch
Die Bielefelder Studierenden entwickelten die Software von Pepper weiter, sodass der Ro-boter wesentlich robuster auf sein Umfeld reagieren kann. Foto: CITEC/F. Gentsch
In der Haushaltsliga musste ihr Roboter verschiedene Assistenten-Aufgaben möglichst präzise meistern, beispielsweise als Kellner agieren, Einkäufe ins Haus bringen, den Geschirrspüler einräumen, Besucherinnen und Besuchern eine Einführungstour in den RoboCup geben und sich in unbekannten Umgebungen zurechtfinden. Das CITEC-Team trat in der Social Standard Platform League (SSPL) an, einer Unterliga der Haushaltsliga. In der SSPL ist die Teilnahme nur mit dem von der Firma Softbank produzierten Roboter Pepper möglich. Platz zwei belegte das Team aus Australien, wo der nächste RoboCup stattfindet. Den dritten Platz erreichte die Gruppe aus Chile.  

Studentin Janneke Simmering aus dem Team nahm das erste Mal an der Roboter-Weltmeisterschaft teil: „Spannend war die Frage: Macht der Roboter, was er soll? Wir haben viele Wochen an der Software programmiert und versucht, uns auf so viele Faktoren und Eventualitäten wie möglich vorzubereiten. Es ist ein großartiges Gefühl, wenn sich die Arbeit gelohnt hat. Das feiern wir nun.“

Dr. Sven Wachsmuth koordiniert das RoboCup-Team. Foto: CITEC / F. Gentsch
Dr. Sven Wachsmuth koordiniert das RoboCup-Team. Foto: CITEC / F. Gentsch
Die Mitglieder des diesjährigen Teams sind: Robert Feldhans, Felix Friese, Kai Konen, David Leins, Jan Patrick Nülle, Sarah Schröder, Janneke Simmering, Philipp von Neumann-Cosel, Johannes Kummert, Florian Lier und Sven Wachsmuth. Die Vorbereitung des RoboCups ist eingebettet in eine Lehrveranstaltung – jedes Jahr arbeiten andere Studierende in dem Team mit. Seit 2009 ist der Exzellenzcluster Kognitive Interaktionstechnologie (CITEC) beim RoboCup dabei. 2016 gelang es dem Team das erste Mal den Weltmeistertitel zu holen, dreimal schaffte es das Team auf Spitzenplätze: 2012 in Mexiko, 2015 in China und 2017 in Japan jeweils auf Platz drei.

Der Exzellenzcluster Kognitive Interaktionstechnologie (CITEC) der Universität Bielefeld ist einer von 43 Exzellenzclustern in Deutschland und der einzige Cluster mit einem Schwerpunkt in Robotik. CITEC arbeitet daran, technische Systeme intuitiv bedienbar zu machen. Sein interdisziplinärer Ansatz verbindet Kognitionsforschung und Technik. CITEC wird seit 2007 als Teil der Exzellenzinitiative von Bund und Ländern gefördert. Rund 250 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler forschen am Cluster.

Weitere Informationen:
•    Weltmeisterschaft: www.robocup2018.org
•    Pressemitteilung vom 1.6.2018: https://bit.ly/2Ioxjaa
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Pilot-Projekt: Studienbegleitendes Mentoring für BA-Studentinnen

Veröffentlicht am 9. März 2018

Die neue Programmlinie „Gemeinsam zum Studienerfolg!“ des Mentoring-Programms movement richtet sich studiengangsübergreifend an Bachelor-Studentinnen der Technischen Fakultät, die ihr Studium erfolgreich gestalten möchten und dabei von einem strukturierten Programm profitieren wollen. Die Programmlaufzeit geht von September 2018 bis März 2019, Bewerbungsschluss ist der 22. Juni 2018. Mehr Informationen finden Sie hier!

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19.03.2018 | 12. CeBiTec Symposium: Big Data in Medicine and Biotechnology

Veröffentlicht am 26. Februar 2018
Das Zentrum für Biotechnologie (CeBiTec) der Universität Bielefeld, das Bielefelder Zentrum für Datenverarbeitung ( BiCDaS ) sowie das Deutsche Netzwerk für Bioinformatik-Infrastruktur ( de.NBI ) laden Sie herzlich zur Teilnahme am 12. CeBiTec Symposium Big Data in Medizin und Biotechnologie ein. Mehr ...
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09.03.2018 | Jubiläum "10 Jahre Forschung für geistreiche Technik"

Veröffentlicht am 9. Februar 2018

Seit nun einem Jahrzehnt arbeiten wir in dem Exzellenzcluster CITEC daran, mit unserer Forschung zur Kognitiven Interaktionstechnologie bessere Brücken zwischen Mensch und Technik zu schlagen. In diesen Jahren wurde viel erreicht – dazu gehören Innovationen made in Bielefeld wie der soziale Roboterkopf Flobi, die virtuelle Trainingsumgebung ICSpace und ein fürsorgliches Apartment. Das kraftvolle Partnernetzwerk begleitet und unterstützt mit wichtigen Impulsen unsere Forschung. Und für mehr als 200 junge Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler war Bielefeld ein Sprungbrett für Karrieren in und außerhalb der Wissenschaft. Wir möchten mit Ihnen unser Jubiläum feiern und laden Sie herzlich zu unserem Festprogramm am Freitag, 9. März 2018, ein. Rückfragen bitte an kommunikation@cit-ec.uni-bielefeld.de

Internal Event
Date: 09. März 2018
Begin time: 15
End time: 19
Room: CITEC Foyer

 

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Professorin Dr. Ellen Baake im Vorstand der europäischen Fachgesellschaft

Veröffentlicht am 16. Januar 2018
Prof. Dr. Ellen BaakeFoto: Universität Bielefeld
Prof. Dr. Ellen Baake
Foto: Universität Bielefeld

 

Professorin Dr. Ellen Baake (56) ist für fünf Jahre in den Vorstand der Europäischen Gesellschaft für Mathematische und Theoretische Biologie (European Society of Mathematical and Theoretical Biology, ESMTB) gewählt worden. Aufgabe der ESMTB ist die Förderung theoretischer Ansätze und mathematischer Methoden in den Biowissenschaften weltweit und in Europa. Die Gesellschaft organisiert und unterstützt Konferenzen und Sommerschulen auf internationaler Ebene und koordiniert 2018 vielfältige Aktivitäten zum „Jahr der Mathematischen Biologie“. Ellen Baake leitet die Arbeitsgruppe Biomathematik und Theoretische Bioinformatik an der Technischen Fakultät der Universität Bielefeld. Seit 2006 ist sie Sprecherin des Forschungszentrums Mathematische Modellierung und seit 2011 koordiniert die Biomathematikerin das Schwerpunktprogramm „Probabilistische Strukturen in der Evolution“ derDeutschen Forschungsgemeinschaft (DFG).

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