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Technische Fakultät - Kategorie Forschung

Wie das Gehirn Sinnesreize kombiniert

Veröffentlicht am 3. Mai 2019
Bielefelder Forschende mit Studie zu Flexibilität der Sinneswahrnehmung

Hören, Sehen, Tasten – unser Gehirn erfasst ganz verschiedene Sinnesreize und verknüpft sie miteinander. Dabei hat das Gehirn eine Art eingebaute Filterfunktion: Kombiniert werden Sinneseindrücke nur dann, wenn es für die aktuelle Aufgabe erforderlich und sinnvoll ist. Diese Flexibilität der Wahrnehmung haben Forschende der Universität Bielefeld, der University of Oxford (Großbritannien) und der Aix-Marseille Université (Frankreich) untersucht. Ihre Studie erschien gestern (29.04.2019) in der Zeitschrift „Neuron“. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zeigen darin, wo im Gehirn Sinnesreize kombiniert werden und in welchem Hirnareal sich Flexibilität verorten lässt. Aus Bielefeld sind Professor Dr. Christoph Kayser und Dr. Hame Park vom Exzellenzcluster CITEC an der Studie beteiligt.


Prof. Dr. Christoph Kayser. Foto: CITEC/ Universität Bielefeld
Prof. Dr. Christoph Kayser. Foto: CITEC/ Universität Bielefeld
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Tags: citec

Wie die Mobilität der Zukunft aussehen kann

Veröffentlicht am 8. April 2019
Universität Bielefeld koordiniert Vorstudie „Vernetzte Mobilität OWL“

Bedarfsgerechte Verkehrsmittel, keine Bindung an Abfahrtszeiten oder Haltestellen und eine kostengünstige Nutzung: Das ist die Vision der Mobilität der Zukunft. Wie diese konkret aussehen kann, erforschen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universität Bielefeld, der Fachhochschule Bielefeld, der Technischen Hochschule Ostwestfalen-Lippe und des Fraunhofer IOSB-INA in Lemgo ab sofort in der gemeinsamen Vorstudie „Vernetzte Mobilität OWL“. Die Studie bildet die Grundlage für vier Einzelprojekte, die sich im Qualifizierungsverfahren der Regionale 2022 befinden. Gefördert wird die Vorstudie aus Mitteln des Landes Nordrhein-Westfalen. Projektkoordinator ist Dr. Thorsten Jungeblut vom Exzellenzcluster Kognitive Interaktionstechnologie (CITEC) der Universität Bielefeld.

Die beteiligten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Vorstudie. Dr. Thorsten Jungeblut vom CITEC (re.) koordiniert das Projekt. Foto: Universität Bielefeld
Die beteiligten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Vorstudie. Dr. Thorsten Jungeblut vom CITEC (re.) koordiniert das Projekt. Foto: Universität Bielefeld
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Tags: citec

Universität Bielefeld auf der Hannover Messe 2019

Veröffentlicht am 1. April 2019
Vier Präsentationen, darunter: neuer Algorithmus zur verbesserten Steuerung von Handprothesen

Die Universität Bielefeld präsentiert sich auf der Hannover Messe 2019 vom 1. bis 5. April mit dem Forschungsinstitut für Kognition und Robotik (CoR-Lab) und dem Exzellenzcluster Kognitive Interaktionstechnologie (CITEC). Die Forschenden stellen Plattformen und Anwendungen für maschinelles Lernen vor. Ein Beispiel ist ein neues Verfahren für die schnelle Anpassung von Handprothesen. Das System ermöglicht auch dann eine einwandfreie Steuerung einer Handprothese, wenn sich die Messelektroden auf der Haut verschoben haben. Das System ist eine von vier Präsentationen der Universität, zu denen auch ein neues Startup-Unternehmen von CITEC-Forschenden gehört. 

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Bakterien-Partnerschaften finden, um Nahrungsproduktion zu sichern

Veröffentlicht am 21. März 2019

EU-Forschungsprojekt „Simba“ untersucht Mikrobiome

Wie können Kleinstlebewesen dazu dienen, in Zukunft die Nahrungsproduktion zu sichern? Das untersucht das EU-Forschungsprojekt „Simba“. Zu den 23 Projektpartnern aus elf Ländern gehört das Centrum für Biotechnologie (CeBiTec) der Universität Bielefeld. „Wir befassen uns mit Mikrobiomen – das sind Gemeinschaften von Kleinstlebewesen wie Bakterien und Pilze“, sagt Dr. Alexander Sczyrba, Leiter einer CeBiTec-Forschungsgruppe und zuständig für ein Simba-Teilprojekt.

Dr. Alexander Sczyrba und Dr. Andreas Schlüter an einer Sequenziermaschine;
Foto: Universität Bielefeld

„Mikrobiome gibt es überall auf der Welt – in Äckern, Biogasanlagen, Aquafarmen oder auch im Magen-Darm-Trakt von Menschen. In diesen Gemeinschaften arbeiten Mikroben gewissermaßen zusammen und sorgen für besondere Effekte, die wir uns zunutze machen wollen.“ So können Bakterien-Gemeinschaften in Böden Nährstoffe für Pflanzen zugänglich machen, sodass Weizen, Kartoffeln oder Tomaten besser gedeihen. Auch können sie die Pflanzen vor krankmachenden Mikroorganismen schützen. In Biogasanlagen zersetzen Mikrobiome Gülle oder nachwachsende Rohstoffe so, dass der Biokraftstoff Methan entsteht. Die Darmflora – das Mikrobiom im Magen-Darm-Trakt – schützt je nach Zusammensetzung vor Krankheiten und Vergiftungen.

Suche nach nützlichen Genen

Alexander Sczyrba ist Spezialist für die bioinformatische Auswertung von Metagenomen. Das Genom ist das gesamte Erbgut eines Lebewesens, ein Metagenom enthält die DNA-Information aller Organismen eines Mikrobioms. „Wir haben es also nicht mit den Daten des Erbguts von einem Bakterium zu tun, das wäre ein Genom. Vielmehr arbeiten wir mit einer Kette von DNA-Daten tausender Mikroben, die in einer Probe vorkommen“, sagt Sczyrba.

Im Labor wird dafür zum Beispiel die DNA der Mikroorganismen in einem Sequenziergerät untersucht, die in besonders fruchtbaren Kartoffeläckern gefunden werden. Das Gerät entschlüsselt die DNA-Basen, das sind die vier „Buchstaben“, mit denen der Bauplan der Mikroben im Erbgut kodiert ist. Heraus kommen mehrere hundert Millionen Sequenzen. „Diese Teilstücke müssen nun in die richtigen Reihenfolge gebracht werden“, erklärt Sczyrba. Er beschreibt die Sequenzen wie Stücke eines Bindfadens, auf dem Buchstaben notiert sind. „Mit unseren Methoden schaffen wir es, zurückzuverfolgen, wie die Teile miteinander verbunden waren. So bekommen wir eine Abfolge von Daten, die nicht nur das Erbgut einer Mikrobe, sondern idealerweise aller Mikroben aus der Probe darstellt.“ Im nächsten Schritt rechnen die Forschenden heraus, wo auf dem „Faden“ die Gen-Informationen eines einzelnen Bakteriums beginnen und wo sie aufhören. „Danach bestimmen wir, welche Funktion das jeweilige Bakterium in seinem Mikrobiom hat.“ So gibt es Aquafarmen mit Bakterien, die das giftige Ammoniak aus dem Fischkot in Nitrit umwandeln können. Eine andere Sorte Bakterien wandelt den Stoff wiederum in unschädliches Nitrat um. „Mit einem Abstrich von der Haut des Fisches können wir ermitteln, welche Gene im Erbgut der Bakterien zu diesem positiven Effekt führen.“ Nicht nur die Wasserqualität, auch die Verdauung der Fische lässt sich mit Mikrobiomen verbessern. So könnten Mikrobiome aus dem Verdauungstrakt von Fischen, die ihre Nahrung besonders gut verwerten, auf Artgenossen übertragen werden.

Außerdem analysieren die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, welche Partnerschaften von Mikroorganismen zusammenhängen, welche Genome also immer zusammen vorkommen.

Anwendung in Nahrungsproduktion

Für die Analysen müssen die Forschenden nur in wenigen Fällen neue Proben beschaffen. „In der Biologie ist es seit mehr als 30 Jahren üblich, genetische Informationen über Datenbanken frei verfügbar zu machen. Es gibt somit schon Unmengen von Daten zu Mikrobiomen, die wir verwenden können“, sagt Sczyrba.

Das Simba-Projekt soll als Ergebnis ebenfalls eine öffentlich zugängliche Datenbank liefern. Sie enthält die Daten von Mikrobiomen, die nützliche Funktionen in der Nahrungsproduktion bieten. Mit den Informationen aus dieser Übersicht könnten Agarunternehmen zum Beispiel einen Bakterien-Mix entwickeln, mit dem Ackerböden geimpft werden können. Durch den Klimawandel drohen Ackerböden zu versalzen. Bakterien könnten etwa Weizen und anderen Anbaupflanzen helfen, mit Salzböden zurechtzukommen. Auch Lebensmittelhersteller könnten die Forschungsergebnisse nutzen und zum Beispiel Drinks mit Bakterien-Gruppen herstellen, die als Teil der Darmflora Vitamine oder ungesättigte Fettsäuren produzieren.

Rechner-Cloud für die Analysen

Am CeBiTec arbeitet Sczyrbas Forschungsgruppe für Simba mit der Gruppe von Professor Dr. Alfred Pühler zusammen. Während Sczyrba und sein Team die bioinformatische Analyse von Metagenomen beherrschen, kennt sich Pühlers Gruppe vor allem damit aus, wie sich Mikroorganismen industriell einsetzen lassen. So sind Pühler und sein Mitarbeiter Dr. Andreas Schlüter an Projekten beteiligt, um optimale Mikrobiome für Biogasanlagen zu identifizieren.

Für ihre Berechnungen nutzen die Bielefelder Forschenden die „de.NBI-Cloud“ – ein System aus Hochleistungsrechnern mit mehr als 16.000 Prozessoren und Analysesoftware für genetische Daten. Die Universität Bielefeld ist einer von sechs Standorten, die die Cloud betreiben. Verantwortlich für die Cloud ist das Deutsche Netzwerk für Bioinformatik-Infrastruktur (de.NBI), das seit 2015 am CeBiTec koordiniert wird. Das CeBiTec, gegründet 1998, gehört mit seinen rund 150 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern zu den größten zentralen wissenschaftlichen Einrichtungen der Universität Bielefeld. „Eine Besonderheit des CeBiTec ist, dass hier Bioinformatik und molekularer Biotechnologie miteinander verzahnt sind“, sagt Sczyrba. „Wir haben sowohl die Expertise, Big Data aus der Biologie auszuwerten, als auch mit den Erkenntnisse Mikroorganismen und Biomoleküle für die Industrie zu entwickeln.“

Die Europäische Kommission fördert Simba für vier Jahre bis Oktober 2022 als Teil des Forschungsrahmenprogramms Horizont 2020. Simba steht für „Sustainable Innovation of Microbiome Applications in the Food System“ (Nachhaltige Innovationen von Mikrobiom-Anwendungen im Nahrungssystem). Die 23 Forschungs- und Industriepartner kommen unter anderem aus Norwegen, Finnland, Italien und Irland. Das Finnische Institut für natürliche Ressourcen (Luke) koordiniert das Projekt. Simba wird mit insgesamt zehn Millionen Euro gefördert, 600.000 Euro gehen an die Universität Bielefeld.

 

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Ohne Röntgenaufnahme die Schädelform in 3D berechnen

Veröffentlicht am 4. Februar 2019
Forschende aus Bielefeld, Wiesbaden und Mainz stellen neue Methode vor

Ein neues mathematisches Modell des Schädels könnte in Zukunft dazu beitragen, bei medizinischen Untersuchungen des Kopfes mit wenigen oder sogar ganz ohne Röntgenaufnahmen auszukommen und so die Strahlenbelastung für Patientinnen und Patienten deutlich zu reduzieren. Dasselbe Modell kann auch eingesetzt werden, um anhand eines Schädels ein Gesicht zu rekonstruieren. Es könnte somit auch helfen, Kriminalfälle aufzuklären. Forschende des Exzellenzclusters Kognitive Interaktionstechnologie (CITEC) der Universität Bielefeld, der Hochschule RheinMain sowie der Johannes Gutenberg-Universität Mainz haben dieses Modell nun im Forschungsmagazin PLOS ONE veröffentlicht.
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Tags: citec

Zusammenarbeit von ZB MED mit Bioinformatik-Netzwerk

Veröffentlicht am 26. Oktober 2018
Gemeinsame Entwicklung von Informationsdiensten für die Lebenswissenschaften geplant

Bereits seit einiger Zeit planen ZB MED – Informationszentrum Lebenswissenschaften und de.NBI – Deutsches Netzwerk für Bioinformatik-Infrastruktur eine strategische und inhaltliche Zusammenarbeit in verschiedenen Bereichen der Lebenswissenschaften. Die Geschäftsstelle des de.NBI-Netzwerks ist am Centrum für Biotechnologie der Universität Bielefeld angesiedelt. Mit einem Kooperationsvertrag haben nun ZB MED und die Universität Bielefeld die Zusammenarbeit auf die Zukunft ausgerichtet. Ziel ist es, gemeinsam komplementäre Informationsdienste für die Lebenswissenschaften anzubieten. Zu diesem Zweck wird unter anderem die gemeinsame Berufung einer W3-Professur anvisiert.
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Kein neuer Exzellenzcluster für Universität Bielefeld

Veröffentlicht am 28. September 2018
Rektor Sagerer: „Intelligente Systeme bleiben Forschungsschwerpunkt“

Der beantragte neue Exzellenzcluster der Universität Bielefeld hat sich in der finalen Runde der Exzellenzstrategie des Bundes und der Länder nicht durchgesetzt.


Im Wettbewerb zur Stärkung des Wissenschaftsstandorts Deutschland wurde der Bielefelder Antrag heute (27.09.2018) nicht bewilligt.  
Rektor Sagerer ist enttäuscht, blickt jedoch nach vorn: „Interaktive Intelligente Systeme sind und bleiben auch ohne die Exzellenzförderung ein zentraler Forschungsschwerpunkt der Universität Bielefeld. Noch mehr: Wir werden diesen Bereich – insbesondere im Kontext der Medizin – weiterentwickeln. Die beteiligten Forscherinnen und Forscher gehören zu den herausragenden Vertreterinnen und Vertretern ihres Fachs. In den vergangenen Jahren hat sich dieser Forschungsbereich zu einem der drittmittelstärksten der Universität Bielefeld entwickelt. Wir werden uns jetzt auf weitere Förderformate, wie zum Beispiel Sonderforschungsbereiche, fokussieren.“
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Roboter zum Gernhaben

Veröffentlicht am 14. September 2018

Neues Projekt entwickelt sympathischen Roboter

Wie können Roboter das private Leben bereichern? Das untersucht ein Forschungsteam in dem neuen Projekt VIVA. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler wollen einen ausdrucksstarken, sozialen Roboter entwickeln, der als vertrauensvoll und sympathisch wahrgenommen wird. In dem Projekt kooperieren Forschende aus dem Exzellenzcluster Kognitive Interaktionstechnologie (CITEC) der Universität Bielefeld, der Universität Augsburg und der Fachhochschule Bielefeld mit drei Unternehmen aus der IT-Branche. In einer Auftaktkonferenz vom 19. bis zum 21. September im CITEC-Gebäude kommen die Projektbeteiligten zusammen, um sich wissenschaftlich auszutauschen.

Die Forschenden des Exzellenzclusters CITEC arbeiten in dem Projekt VIVA anfangs mit dem sozialen Roboter Pepper. Im Lauf des Projekts wollen sie einen eigenen Roboter entwickeln.Foto: Friso Gentsch/CITEC
Die Forschenden des Exzellenzclusters CITEC arbeiten in dem Projekt VIVA anfangs mit dem sozialen Roboter Pepper. Im Lauf des Projekts wollen sie einen eigenen Roboter entwickeln. Foto: Friso Gentsch/CITEC

„In der Industrie sind Roboter längst etabliert. Im privaten Bereich sieht es noch anders aus“, sagt Professorin Dr. Friederike Eyssel aus dem Exzellenzcluster Kognitive Interaktionstechnologie (CITEC). „Wir nutzen bereits viele technische Assistenten, die uns im Alltag helfen oder unser Sozialleben unterstützen. Mit wachsender Verbreitung dieser Systeme wird es immer zentraler, dass Menschen sie akzeptieren und ihnen vertrauen.“

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Studierende wollen Nanopartikel ohne Schadstoffe herstellen

Veröffentlicht am 17. August 2018
Bielefelder Projekt im internationalen iGEM-Wettbewerb in Boston (USA)

Nanopartikel gewinnen in der Medizin und der Forschung immer mehr an Bedeutung. Durch ihre geringe Größe kommen sie beispielweise bei der Behandlung von Tumoren zum Einsatz. Bisher wurden Nanopartikel oft durch chemische Methoden gewonnen. Auf diese Weise entstehen Verunreinigungen und Rückstände, weshalb sie nur bedingt an Menschen einsetzbar sind. Neun Studierende der Universität Bielefeld stellen sich dieser Herausforderung und arbeiten an einer biologischen Methode, um Nanopartikel zu gewinnen. Damit sollen die Partikel schadstofffrei sein und kein Gesundheitsrisiko mehr darstellen. Die Studierenden aus unterschiedlichen Studiengängen der Universität Bielefeld nehmen mit ihrem Vorhaben am diesjährigen iGEM-Wettbewerb in Boston teil. Sie treten als Team des CeBiTec (Centrum für Biotechnologie) an.


Irina Rais und Antonin Lenzen identifizieren mit UV-Licht DNA-Fragmente.
Irina Rais und Antonin Lenzen identifizieren mit UV-Licht DNA-Fragmente. Foto: Team iGEM Bielefeld-CeBiTec
Der Wettbewerb iGEM steht für „International Genetically Engineered Machine“ und ist der bedeutendste, nicht-kommerzielle Wettbewerb in der synthetischen Biologie. Vom 25. bis 28. Oktober treten über 340 Teams aus mehr als 40 Ländern mit den von ihnen entwickelten Projekten in ver-schiedenen Kategorien gegeneinander an. Eine internationale Jury bewertet die Projekte und zeichnet die besten Teams aus.[Weiterlesen]
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Wie Roboter Kindern einen Bären aufbinden

Veröffentlicht am 16. August 2018
„Science Robotics“: Studie von CITEC-Forscherin und Partnern

Können Roboter den gleichen Gruppendruck ausüben wie Menschen? Eine neue Studie zeigt, dass Kinder eine falsche Behauptung übernehmen, wenn sie von einer Gruppe von Robotern geäußert wird. Die Studie der Informatikerin Dr. Anna-Lisa Vollmer vom Exzellenzcluster Kognitive Interaktionstechnologie (CITEC) der Universität Bielefeld und ihrer Kollegen der englischen Plymouth University, des Max-Planck-Instituts für Bildungsforschung (Berlin) und der belgischen Ghent University ist nun im Fachmagazin „Science Robotics“ erschienen.

Wie wirkt sich die Anwesenheit von Ro-botern auf das menschliche Denken aus?
Wie wirkt sich die Anwesenheit von Robotern auf das menschliche Denken aus? Foto: Tony Belpaeme / Ghent University
Das Forschungsteam nutzte das „Konformitätsexperiment“, mit dem der Psychologe Salomon Asch in den 1950er Jahren bekannt wurde. Das Experiment zeigt, wie sehr eine Gruppe die Meinung eines Einzelnen beeinflussen kann. „Die Versuchspersonen müssen eine bildliche Darstellung beurteilen und hören dazu die falsche Einschätzung anderer Personen, die in das Experiment eingeweiht sind“, erklärt Anna-Lisa Vollmer von der Forschungsgruppe Angewandte Informatik, die zur Technischen Fakultät und dem Exzellenzcluster CITEC gehört und von Professorin Dr. Britta Wrede geleitet wird.
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Gesendet von ALauterbach in Forschung

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.[Weiterlesen]
Gesendet von SKonermann in Forschung

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.
Gesendet von SKonermann in Forschung

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
Gesendet von SKonermann in Forschung

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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