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Gewähltes Tag Universität des Saarlandes
Für mehr Sicherheit im Internet
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Datenverschlüsselung mit kryptographischen Verfahren
An der Uni des Saarlandes werden im Informatik-Exzellenzcluster komplexe kryptographische Verfahren entwickelt, die neue Wege für die Datenverschlüsselung im Internet eröffnen. Sicherheit im Internet – es ist eines der größten Probleme der Zukunft, denn schon heute ist absehbar, dass immer mehr Anwendungen ins Netz wandern, die hohe Anforderungen an die Datensicherheit stellen.
Schon die grundlegende Analyse dessen, was genau man unter Datensicherheit versteht, ist alles andere als trivial. Hinzu kommt die Aufgabe, dass Sicherheit im Internet nicht zu Lasten der Bedienbarkeit durch den Nutzer gehen darf. Auch ist zu berücksichtigen, dass die Datenverschlüsselung bezahlbar bleiben muss. Nur im Verbund dieser Anforderungen ist eine für den Markt brauchbare Lösung zu erwarten. Aufgrund der fehlenden Datensicherheit ist in Deutschland beispielsweise bis heute der Einsatz des Internets für Bundestagswahlen nicht zulässig. Gerade in Zeiten, in denen die Wahlbeteiligung sinkt, könnte die elektronische Wahl bei der jüngeren Zielgruppe für eine größere Akzeptanz sorgen.
Der Informatiker Dominique Unruh ist Spezialist für Kryptographie und arbeitet in der Grundlagenforschung für künftige Entwicklungen im Bereich der Verschlüsselungsverfahren. Bis vor kurzem hat er in Saarbrücken im Informatik-Exzellenzcluster gearbeitet. Inzwischen hat er einen Ruf an die Universität Tartu in Estland erhalten, wo er jetzt als Professor für Informationssicherheit tätig ist.
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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.
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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.
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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.
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Wer ist wer? … wie Rechner Gesichter erkennen
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Nachwuchsforscherin entwickelt optimierte Software
Die Gesichtserkennung – eine Aufgabe, die im menschlichen Gehirn meist selbstverständlich und unbewusst abläuft – ist in der Computerwissenschaft heute noch Forschung an der Front der Entwicklung. An der Universität des Saarlandes sucht die Nachwuchsforscherin Kristina Scherbaum nach neuen Algorithmen.
Mit dem dafür entwickelten Machine-Learning-Verfahren ist der Computer in der Lage, aus einer Vielzahl eingescannter Gesichtsdaten unterschiedlicher Gesichter die wesentlichen und die unterscheidenden Merkmale herauszufiltern. Der Schwerpunkt der Entwicklung richtet sich auf die Identifizierung über die Augenfarbe und die Nasenform. Das Projekt ist Teil der Forschungen, die am Exzellenzcluster für Informatik laufen. Ziel ist es auch, eine verbesserte Morphing-Software zu entwickeln, mit der auch das Altern von Menschen realitätsnah dargestellt werden kann.
© Universität des Saarlandes 2011
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.
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3D-Visualisierung in Echtzeit
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Image Vis3D für bewegte Bilder
Bis dato war die Echtzeit-Bearbeitung großer Datenmengen, wie sie in der medizinischen Diagnostik entstehen, nur an leistungsstarken Computern möglich. Mit dem Programm Image Vis3D lassen sich nun Bilder mit gewaltigen Datenmengen in Echtzeit bearbeiten. An jedem gewöhnlichen Computer können damit Wissenschaftler und Ärzte den menschlichen Körper genauer studieren und medizinische Fragestellungen in Echtzeit und sogar in Bewegung analysieren. Hyperraum.TV stellt das Produkt vor, das die medizinische Diagnose erleichtern wird.
© mce mediacomeurope GmbH 2010
