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Gewählte Kategorie Informationstechnologie
Mit car-to-x zu mehr Sicherheit im Verkehr
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Ringen um Standards für den Datenaustausch zwischen Fahrzeugen
Staus auf den Straßen – der triste Alltag vieler deutscher Autofahrer. Geht es nach den Verkehrsvisionären, wird die elektronische Intelligenz im Automobil die Staugefahr sowie Gefahrenpotenziale für den Fahrzeuglenker bald reduzieren. Noch weiter in die Zukunft reicht das Konzept der Vernetzung von Fahrzeugen untereinander, die den Verkehr damit aktiv steuern können.
Der Terminus technicus für solche Forschungsarbeiten: „Car-to-X-Kommunikation“.
Sensorik über Video, Laser und Lidar erlaubt Fahrzeugen schon heute, die Umwelt in begrenztem Umfang selbständig wahrzunehmen und sie mit der Elektronik im Fahrzeug zu verbinden. Solche Fahrerassistenzsysteme werden gerade von Herstellern deutscher Nobelkarossen seit Jahren vorangetrieben. Über Funk vernetzt, würde ein gigantischer Verkehrsorganismus entstehen.
Was schon heute theoretisch machbar wäre, scheitert aber an den realen Fakten. Denn die Hersteller sind mit ihren zahlreichen Forschungsanstrengungen im Automotive-Bereich ausschließlich mit selbst entwickelten Plattformen unterwegs. Gemeinsame Standards für den herstellerunabhängigen Austausch von Daten aus diesen Plattformen heraus gibt es derzeit nicht. Prof. Dr. Raymond Freymann, Geschäftsführer der BMW Group Forschung und Technik, gibt in Statements auch Einblicke in die BMW-Forschungsphilosophie.
Im Gemeinschaftsprojekt simTD sucht ein von der deutschen Automobilindustrie geprägtes Konsortium nach gemeinsamen Lösungen und Standards. Auch Zulieferer sowie Kommunikationsunternehmen und Forschungsinstitute sind daran beteiligt, der Bund fördert mit großen Beträgen. simTD steht für Sichere Intelligente Mobilität Testfeld Deutschland. In einem groß angelegten Feldversuch soll nicht nur die elektronische Ausrüstung in den Fahrzeugen erprobt werden, sondern auch die Kommunikations-Schnittstelle zwischen den Fahrzeugen über Funk. Basis hierfür sind WLAN- und Mobilfunk-Netze. Anfang 2013 sollen die vom Bund geförderten Forschungsergebnisse des vierjährigen Projekts präsentiert werden. Ein erster Zwischenbericht von simTD ist für Oktober 2011 avisiert.
Alle Beteiligten hoffen auf den großen deutschen Wurf. Die hier ansässige Automobilindustrie möchte mit dem Test ihre zweifellos vorhandene Pionierrolle im Bereich Automotive für den künftigen Markt stärken und zudem Fakten für herstellerunabhängige Standards schaffen. Ob sie stark genug ist, amerikanische und asiatische Hersteller auf den vorwiegend deutsch getriebenen Standardisierungskurs zu bringen?
© mce mediacomeurope GmbH 2011
Wie Zellen mit ihrer Umgebung wechselwirken
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Informatikerin Dr. Verena Wolf will mittels Stochastik biologisches Verhalten entschlüsseln
Die Stochastik beschäftigt sich mit der Beschreibung und Untersuchung von Phänomenen in der Natur, die durch den Zufall gesteuert sind. Dazu gehört das Würfeln, aber auch die Steuerung des Verhaltens von Lebewesen. Genau daran arbeitet die Informatikerin Dr. Verena Wolf an der Uni des Saarlandes. Fernziel ist die Computersimulation biologischer Prozesse.
Weltweit suchen Biochemiker nach neuen Medikamenten und Wirkstoffen gegen Viren, Bakterien und andere Krankheitserreger. Die Bekämpfung von Epidemien, die sich durch den modernen Luftverkehr innerhalb kürzester Zeit über die ganze Welt verbreiten können, fordert die Wissenschaftler verstärkt, Wirkstoffe in immer kürzerer Zeit bereit zu stellen.
Die Informatik soll in dieser biologischen Forschung künftig verstärkt helfen. Dies ist die Vision von Verena Wolf vom Informatik-Exzellenzcluster in Saarbrücken. Die Nachwuchswissenschaftlerin beschäftigt sich mit der Simulation biochemischer Reaktionen. Früher galt das einfache Prinzip „Ursache und Wirkung“ – „Aktion und Reaktion“. Aber die Biologie weiß heute, dass sich weder komplexe Viren noch die einzelligen Bakterien so eindeutig verhalten. Daher setzt man auf stochastische Modelle, die mit dem mathematisch beschreibbaren Prinzip der Wahrscheinlichkeit operieren. Im Augenblick arbeitet die Informatikerin daran, das Verhalten einee menschlichen Zelle mit Hilfe eines solchen stochastischen Programms zu simulieren.
Künftig können solche Simulationen einen wichtigen Beitrag in der Forschung leisten, da sie Vorteile gegenüber dem realen biologischen Experiment haben. Sie brauchen keine aufwändige Versuchsanordnung, sparen der Forschung damit zuerst einmal Geld und Zeit. Neben diesem quantitativen Effekt eröffnet sich mit Computersimulationen aber auch die Möglichkeit zu neuartigen biologischen Experimenten, die in der Realität aus unterschiedlichen Gründen nicht durchführbar sind. Für die biologische Grundlagenforschung bieten sie daher einen unschätzbaren Wert.
© Universität des Saarlandes 2011
3D-Simulation wird PC-fähig
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Software erlaubt dreidimensionale Manipulationen in Echtzeit
Der Trend zur Visualisierung hilft der Wissenschaft, neue Erkenntnisse zu gewinnen – die Simulation von Prozessen erlaubt der Industrie, schneller zu entwickeln – die rasche 3D-Analyse von Daten aus dem Körperinneren kann Leben retten … so vielfältig ist das Spektrum des Einsatzes von Software für die dreidimensionale Bildverarbeitung. Bisher war diese Aufgabe großen und teuren Rechnersystemen vorbehalten – das ändert sich jetzt.
Wie bekommt man extrem große Datenmengen so auf einen kleinen Computer, dass sie sich dort trotz der limitierten Speicher- und Rechenkapazität in Echtzeit bearbeiten lassen? Das ist eine Software-Aufgabe, der sich Prof. Dr. Jens Krüger vom Exzellenzcluster Informatik an der Universität des Saarlandes in Saarbrücken stellt. Seine Entwicklung erlaubt es, selbst komplexe Bildmanipulationen großer Datenmengen auf Minirechnern zu realisieren. Sogar die Bildverarbeitung dreidimensionaler, hoch aufgelöster Computertomographien aus dem Körperinneren lässt sich mit der Entwicklung von Jens Krüger ohne Hochleistungscomputer umsetzen. Herkömmliche PCs, wie sie in jeder Arztpraxis stehen, reichen nun dafür aus.
Aber nicht nur im Bereich Medizin kann das Wissen von Jens Krüger helfen, große Datenmengen visuell zu erfassen. In seiner Forschungsgruppe im Exzellenzcluster „Multimodal Computing and Interaction“ werden Anwendungsfälle aus ganz anderen Bereichen analysiert – beispielsweise für den Einsatz in der Industrie. Dort lässt sich die Software dafür einsetzen, komplexe Strukturen ohne langwierige und teure Rechnerzeit sichtbar zu machen. Mit Hilfe von schnell umsetzbaren Simulationen können Ingenieure Probleme und Fehler so schon vor der Entwicklung von Prototypen entdecken. Das spart Geld, aber auch Entwicklungszeit in der Produktion.
© Universität des Saarlandes 2011
Wenn Menschen mit Maschinen sprechen
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Computerlinguistik macht Robotern die Alltagssprache verständlich
Die Computerlinguistik gehört zu den Trendbereichen der Informatik. Sie untersucht die Kommunikationsschnittstelle von Mensch und Maschine. Sie gilt als ein wichtiger Schlüssel für den künftigen Einsatz von Robotern im Alltag, dient aber auch mit dem Teilgebiet der semantischen Suchalgorithmen zur Verbesserung der Findbarkeit von Daten im Internet.
Heute benötigen Computer genaue Befehle, menschliche Alltagssprache verstehen sie nicht. Ursache dafür ist, dass die menschliche Sprache mit ihrer Syntax anders als die Sprache der Mathematik nicht hoch formalisiert und eineindeutig ist. Der Computer kann den Sinn und die Bedeutung hinter der menschlichen Sprache nicht komplett erkennen. Die Alltagssprache mit einem formalen Überbau zu versehen, so dass sie auch Computer richtig interpretieren können, damit beschäftigt sich die Computerlingustik. Mit ihr lässt sich die Kommunikation zwischen Mensch und Maschine künftig erleichtern. Damit werden sich Computer noch tiefer in das gesellschaftliche Leben integrieren.
Der Film stellt die Nachwuchswissenschaftlerin Caroline Sporleder vor, die sich als Computerlinguistin im Exzellenzcluster für Informatik an der Universität des Saarlandes mit dem Thema Sprache und Computer befasst. Die Reportage stellt sie vor und zeigt auch, wie solche Forschungen schon heute als automatisiertes Leseprogramm in Erprobung sind.
© Universität des Saarlandes 2011
Biomechatronischer Flugapparat „SmartBird“
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Bioniker der Festo AG bauen Flügelschlag von Vögeln nach
Mit „Smart Bird“ entwickelten Bioniker erstmals ein mechatronisches Ebenbild eines Vogels. Die Leichtbau-Konstruktion überwacht ihre Flugbewegungen mit Hilfe von Sensoren analog den Sinnesorganen, ein Computer übernimmt als Steuerungseinheit die Funktion des Gehirns.
Seit Menschengedenken beobachten Visionäre, Wissenschaftler und Flugpioniere den Vogelflug. Mit der Analyse der Anatomie von Vögeln sowie ihrer Flügelbewegungen erhofften sie sich die Entschlüsselung dieses Rätsels. Sie beschäftigten sich intensiv mit der Form und Funktion des Flügels und entwarfen Modelle von Geräten, die sich – obwohl schwerer als Luft – dennoch in die Luft erheben können sollten. Dem Flugpionier Otto Lilienthal gelang es vor mehr als hundert Jahren als erstem, ein Fluggerät zu bauen, das in der Luft zumindest gleiten konnte.
Wir wissen heute, dass es nicht ausreicht, die Kunst des Fliegens nur mechanisch zu erklären. Genauso wichtig ist die permanente Bewegungssteuerung während des Fluges mit Hilfe der Sinnesorgane. Mit SmartBird entwickelten Bioniker im Rahmen des Festo Bionic Learning Network jetzt erstmals einen Flugapparat als biomechatronischen Gesamtentwurf. Die Reportage schildert den Weg der Bioniker von der Idee zum flugtüchtigen Modell.
Die Herausforderung bestand darin, dass der SmartBird wie ein Vogel in der Lage sein sollte, während des Fluges seine Flügelstellung zu verändern. Der künstliche Vogel sollte in der Lage sein, sich verändernden Strömungsverhältnissen in der Luft sofort anpassen zu können.
Dafür ist eine bionische Leichtbau-Mechanik erforderlich, die mit elektrischer Antriebstechnik sowie mit in Echtzeit arbeitender Steuerungs- und Regelungstechnik ausgestattet ist. Sie überwacht und optimiert den Flügelschlag permanent beim Fliegen. Vor- und Auftrieb von SmartBird werden ausschließlich durch das Schlagen der Flügel erzeugt und benötigen nur 23 Watt Leistung. Mit einem Gesamtgewicht von nur 485 Gramm hat die mövenähnliche Flugmaschine eine Flügelspannweite von zwei Metern. Dabei erreicht sie einen aerodynamischen Wirkungsgrad von bis zu achtzig Prozent.
2011 gelang es dem Team erstmals, den künstlichen Vogel erfolgreich fliegen zu lassen.
© mce mediacomeurope GmbH 2011
Wie aus Quarzitgestein Silicium wird
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Infomercial der Wacker Chemie AG
Silicium ist das Basismaterial der modernen Mikroelektronik und kommt auch in der Photovoltaik zum Einsatz. Dieser Bericht zeigt, wie mit Hilfe modernster Verfahrenstechnik aus dem Mineral Quarzit ein wertvoller Industrie-Rohstoff entsteht.
Silicium ist ein weit verbreitetes chemisches Element, aber es kommt in der Natur nicht elementar vor, doch in seiner Verbindung mit Sauerstoff ist es allgegenwärtig. Das Besondere am Silicium liegt in seinen Eigenschaften als Halbleiter. Die elektrischen Eigenschaften lassen sich – im Gegensatz zu anderen Materialien – auch im großtechnischen Herstellungsprozess exakt einstellen. Silicium ist dadurch zum grundlegenden Material für die moderne Elektronik geworden. Auch in der Photovoltaik spielt Silicium eine große Rolle.
Will man aus Quarzit reines Silicium gewinnen, muss man ihm den Sauerstoff entziehen. Dies geschieht in einem energieintensiven Prozess, bei dem Quarzit zusammen mit Kohlenstoff (aus Kohle oder Holz) auf etwa 1.800 °C erhitzt wird. Der Kohlenstoff verbindet sich dann mit dem Sauerstoff des Quarzits zu Kohlendioxid und übrig bleibt Rohsilicium mit einer Reinheit von 98 bis 99 Prozent. Das Rohsilicium wird gemahlen und anschließend in einem Reaktor mit gasförmigem Chlorwasserstoff, HCl, zu flüssigem Trichlorsilan umgesetzt. Dieses Zwischenprodukt wird destilliert und dadurch von Verunreinigungen befreit. Aus der hochreinen Flüssigkeit werden dann Stäbe aus reinstem polykristallinem Silicium (Polysilicium) gewonnen. Es ist so sauber, dass auf eine Milliarde Siliciumatome nur noch ein Fremdatom kommt.
Das Infomercial zeigt den Prozess der Silicium-Herstellung und gibt Einblick in unterschiedliche Einsatzbereiche des wertvollen Materials.
© Wacker Chemie AG 2010
Fest im Griff: wie Justins Hände funktionieren
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Das Greifwerkzeug als mechatronische Meisterleistung
Die Nachbildung der Funktionsweise des menschlichen Greifwerkzeugs ist ein wichtiges Teilgebiet bei der Entwicklung autonomer Roboter. Sie sollen künftig zusammen mit dem Menschen zum Einsatz kommen. Auch am DLR-Institut für Robotik werden unterschiedliche Modelle entwickelt, die an einem Robottorso mit dem Namen Justin erprobt werden.
Eine zentrale Aufgabe ist es, den Händen eines Roboters für das Greifen Feingefühl zu geben. Die Prototypen-Modelle am Institut für Robotik der DLR sind dafür mit einer Vielzahl von Sensoren ausgestattet. Die neueste Entwicklung stellt die “anthropomorphe Hand” dar, die Glieder der Finger lassen sich einzeln bewegen, wobei zwei mit Minimotoren betriebene Seile die Sehnen simulieren. Wird das Seil auf eine kleine motorbetriebene Spindel aufgewickelt, krümmt sich das Fingerglied. Soll sich der Finger wieder strecken, steuert eine zweite Motor-Seileinheit die Bewegung in entgegengesetzter Richtung – und zwar nach dem Antriebsprinzip biologischer Muskeln.
Ein Nachteil des Aufspulens der Sehnen ist der relativ große Platzbedarf der Spindeln in der mechatronischen Konstruktion. Robotexperten der Universität des Saarlandes und der Universität Bologna haben in einem Gemeinschaftsprojekt das Verdrillen der Sehnen als platzsparende Variante entwickelt. Zudem lässt sich mit geringem Kraftaufwand eine hohe Zugkraft erzeugen. Die Drill-Hand wird im Rahmen des EU-Projektes DEXMART unter der Mitwirkung weiterer Partner gefördert.
Die Entwicklung von Händen ist ein Trendgebiet der Robotik auf dem Weg zu autonomen Robotern, die künftig mit und für den Menschen arbeiten sollen. In der DLR hat man mit der Entwicklung eines Roboters begonnen, der den Namen Justin trägt. Justin folgt dem Soft-Robotics-Konzept, das heißt, er reagiert feinfühlig auf Interaktionen mit dem Menschen. Der Grad seiner Nachgiebigkeit ist justierbar. HYPERRAUM-TV zeigt in diesem Bericht, welche manuellen Fertigkeiten Justin heute schon hat.
© mce mediacomeurope GmbH 2011
RoboCup: Champions-League der Robot-Kicker
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2050 soll eine Roboter-Elf den amtierenden Weltmeister schlagen
Als 1997 der IBM-Rechner Deep Blue den damaligen Schachweltmeister Kasparov bezwang, hatten führende Informatiker eine Vision: Im Jahre 2050 soll die Robotik so weit fortgeschritten sein, dass eine Mannschaft humanoider Roboter gegen den amtierenden Fußballweltmeister gewinnt. Inzwischen trifft sich beim RoboCup und seinen unterschiedlichen Veranstaltungen rund um den Globus die internationale Forschungselite der Robottechnologie.
Der Beitrag von HYPERRAUM.TV zeigt die schönsten Szenen beim RoboCup-Endspiel der Weltmeisterschaft 2010 in der Klasse der humanoiden Kidsize-Roboter – ein rein innerdeutsches Match, das in Singapur stattfand: die Darmstadt Dribblers gegen die FUmanoids aus Berlin. Die Sieger – die Kicker von der TU Darmstadt – gehören seit Jahren weltweit zu den Top-Mannschaften der Robotik-Szene. Die technischen Eckwerte der Robo-Kicker werden präsentiert, ebenso Informationen gegeben, wie Roboter ihre Umwelt wahrnehmen und miteinander kommunizieren. Bruno, der seit 2006 für die Darmstadt Dribblers auf dem Feld steht, bekommt ein spezielles Presenting. Ihm gelangen bereits einige Meisterstücke, darunter das erste Hackentricktor eines humanoiden Roboters.
© mce mediacomeurope GmbH 2011
“Leonie” – erstes fahrerloses Stadtauto
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Assistenzsysteme bereiten Weg für autonomes Fahren von morgen
Im Oktober 2010 kam es zu einem viel bestaunten Ereignis: Mitten in Braunschweig fuhr ein Auto ohne Fahrerhilfe gänzlich automatisch gesteuert durch den Stadtverkehr. Die Entwicklung von Assistenzsystemen in den Forschungslabors der Hersteller zeigt schon heute den Weg in diese Zukunft.
„Leonie“, so der Name des umgebauten VW Passat für die Tests in Braunschweig, bewältigte eine vorgegebene Strecke von drei Kilometern mehrfach ohne menschliche Einwirkung. Bei einer Geschwindigkeit bis zu 60 Stundenkilometern kann das Auto auf einer zweispurigen Straße die Spur halten, Kreuzungen erkennen, Hindernissen ausweichen und in den Verkehr einfädeln. Dazu misst es permanent die Abstände zu den anderen Fahrzeugen. Die “Rohdaten” ermitteln hochauflösende Laser- und Radarsensoren. Aus diesen Daten errechnet „Leonie“ seine Fahrgeschwindigkeit und passt sich dem fließenden Verkehr an. Väter des Stadtpiloten sind die Technische Universität von Braunschweig und seit neuestem auch das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt. Sie arbeiten unter dem Dach des Niedersächsischen Forschungszentrums für Fahrzeugtechnik am Standort Wolfsburg zusammen.
Leonie ist jetzt weltweit das erste Roboter-Auto, das im realen Stadtverkehr zum Einsatz kam. So erstaunlich die Demonstration ist – vom autonomen Fahren auf deutschen Straßen sind wir noch weit entfernt. Die Entwicklung von Methoden und Algorithmen ist eine große technische Herausforderung, die in den nächsten Jahrzehnten nur gemeinsam von Ingenieuren, Informatikern, Verkehrstelematikern und Telekommunikationsexperten gelöst werden kann.
In unserer Reportage erklären wir die Funktionsweise von „Leonie“ und zeigen den derzeitigen Stand der Technik. Wir werfen dazu einen Blick in die Forschungslabors der Hersteller Audi, BMW und Daimler, die mit Assistenzsystemen für die Notbremsung oder als Hilfe für den Spurwechsel bereits in der Markteinführung stehen. In großen Simulatoren analysieren Forscher das Fahrverhalten des Menschen und suchen nach den optimalen Modellen solcher Systeme.
© mce mediacomeurope GmbH 2010
