Informatik
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Das Motto der diesjahrigen Informatics Inside wird, wie ich finde, in beeindruckender Weise gegenwärtig durch Werkzeuge der generativen KI demonstriert. ChatGPT, Midjourney und Co. ermöglichen uns eine innovative Interaktion mit Information, die uns auffordert unsere bisherigen Vorstellungen von Erkenntnisfähigkeit und Wertschöpfung zu überdenken. Diese Notwendigkeit ist in der Informatik zwar bereits seit den 1930er Jahren bekannt, aber erst die praktische Umsetzung mit modernen Computern macht die formalen Überlegungen hierzu erfahrbar. Daraus resultierende Verunsicherungen, beispielsweise im Hinblick auf Arbeitsplatze, sind gleichermaßen Herausforderung und Chance dieses wichtige Thema einer breiten Öffentlichkeit bekannt zu machen. Hierbei wird einmal mehr deutlich wie tiefgreifend die Informatik in unsere Leben hineinwirkt und welche Verantwortung damit verbunden ist. Vor diesem großen Hintergrund könnte der Hinweis auf Bits und Bytes im Tagungsmotto fast schon wie ein unbedeutendes Detail wirken, was jedoch weit gefehlt wäre. Folgen aus Null und Eins bilden nach wie vor die Bausteine der Informatik und es ist die Aufgabe der angewandten Informatik hieraus nützliche und sinnvolle Anwendungen zu kombinieren.
Die Informatics Inside bietet hierfür einen entsprechenden Rahmen bereits in der akademischen Ausbildung. Unsere Studierenden planen, organisieren und gestalten diese Tagung jedes Jahr eigenstandig. Auch die Themen für die Fachbeiträge wurden von den Studierenden eigenstandig ausgewählt. Aus meiner Sicht bilden die resultierenden Ausarbeitungen in diesem Tagungsband die spannende Vielfalt von Anwendungsthemen des Human Centered Computings sehr gut ab. Dabei zeigt sich ebenfalls deutlich die Bereitschaft unserer Studierenden, die Verantwortung für eine sinnvolle und kreative Gestaltung der digitalen Zukunft zu übernehmen.
Reutlingen, den 15.11.2023 Prof. Dr. rer. medic. Christian Thies
Die folgende Veröffentlichung ist ein Konferenzband, der im Sommersemester 2023 stattgefundenen Studierendenkonferenz Informatics Inisde, die für die Fakultät Informatik und die Studierenden ein besonderes Ereignis ist. Mit der Veröffentlichung Ihrer Artikel in diesem Konferenzband haben die Studierende eine handfeste Publikation, die durch ein Peer-Review inhaltlich qualitätsgesichert ist.
In diesem Jahr gibt es eine neue Herausforderung: Seit dem Jahr 2022 steht ChatGPT von OpenAI zur Verfügung, das verblüffende Texte mit nachvollziehbarer Argumentation verfassen kann. Eine Nutzung des Werkzeugs für die Erstellung eines wissenschaftlichen Artikels ist denkbar und gleichzeitig schwer zu beweisen. Ein kritischer Umgang mit Technologie ist wichtiger als ein pauschales Verbot. Dennoch braucht es Regeln im Umgang mit Künstlicher Intelligenz, die einen ethisch richtigen Einsatz solcher Werkzeuge begrenzt. Umso wichtiger ist es, dass umfassender Sachverstand und kritisches Denken vermittelt wird, damit mögliche Fehler oder Plagiatsfälle entlarvt werden können.
Damit sind wir mitten im Thema: Informatik ist allgegenwärtig und in äußerst vielen Produkten in der Industrie und des täglichen Lebens vorhanden. Die vielfältigen Aufsätze dieser Konferenz zeigen das. Sehen Sie selbst, wie breit die Verfahren, Algorithmen, Methoden und Technologieanwendungen sind: Von Augmented-Reality, über Videoübertragung im Operationssaal, hin zu Standards für strukturierten Daten und Künstlicher Intelligenz zeigen die Beiträge doch, wie weit läufig die Informatik inzwischen ist. Allen gemeinsam ist eines: Die menschzentrierte Anwendung von Technologie, die in dem Master Human-centered Computing als Basis aller Veranstaltungen aufgefasst werden.
We introduce bloomRF as a unified method for approximate membership testing that supports both point- and range-queries. As a first core idea, bloomRF introduces novel prefix hashing to efficiently encode range information in the hash-code of the key itself. As a second key concept, bloomRF proposes novel piecewisemonotone hash-functions that preserve local order and support fast range-lookups with fewer memory accesses. bloomRF has near-optimal space complexity and constant query complexity. Although, bloomRF is designed for integer domains, it supports floating-points, and can serve as a multi-attribute filter. The evaluation in RocksDB and in a standalone library shows that it is more efficient and outperforms existing point-range-filters by up to 4× across a range of settings and distributions, while keeping the false-positive rate low.
Identifikation von Schlaf- und Wachzuständen durch die Auswertung von Atem- und Bewegungssignalen
(2021)
Das Motto in diesem Jahr lautet: "Zukunft mIT gestalten". Die Beiträge sind ein Spiegelbild der menschenzentrierten Rolle der Informatik in der heutigen Welt. Sie zeigen u. a. Forschungen in Künstlicher Intelligenz, Mensch-Maschine-Interkation und Mixed-Reality mit Anwendungen in der Medizin, der Wirtschaft und der Gesellschaft. Ein besonderer Höhepunkt der Konferenz ist der abschließende Gastvortrag von Frau Prof. Dr. Claudia Müller-Birn zum Thema "Human-Centered Data Science".
Die Informatics Inside ist seit über 13 Jahren ein fester Bestandteil des akademischen Jahres an der Fakultät für Informatik der Hochschule Reutlingen. Die Konferenz wird von Studierenden des Masterstudiengangs Human-Centered Computing selbstständig organisiert und bildet einen wichtigen Teil der wissenschaftlichen Ausbildung. Die Studierenden haben ihre Themen selbst gewählt und nicht selten sind es Fragen, die sie bereits durch das ganze Studium begleiten. Sie bereiten diese im Format einer wissenschaftlichen Ausarbeitung auf, wobei Inhalt, Vollständigkeit und Nachvollziehbarkeit entscheidende Faktoren sind. Die Ergebnisse dieser vertieften Auseinandersetzung mit relevanten Anwendungsthemen der Informatik können Sie in diesem Tagungsband nachlesen. Die Anwendungsdomänen reichen von der Medizin über Wirtschaft bis zu den Medien. Dabei werden aktuelle Fragestellungen des menschzentrierten Einsatzes von künstlicher Intelligenz, Softwaretechnik, Datenanalyse und Kommunikation sowie der digitalen Transformation behandelt. Es wird deutlich, dass der Nutzen von IT-Lösungen für den Menschen im Mittelpunkt der Veranstaltung steht. Das Motto der Veranstaltung „IT´s Future“ ist Programm und macht die Relevanz der Informatik für alle Lebensbereiche sowie die zukünftige Innovations- und Wettbewerbsfähigkeit von Industrie und Forschung deutlich.
Seit über 12 Jahren findet nun die Informatics Inside als Informatikkonferenz an der Hochschule Reutlingen statt, in diesem Jahr zum zweiten Mal in einem halbjährigen Rhythmus, d.h. auch im Herbst. Diese Wissenschaftliche Konferenz des Masterstudiengangs Human-Centered Computing wird von den Studierenden selbst organisiert und durchgeführt. Sie erhalten während ihres Masterstudiums die Gelegenheit sich in einem selbstgewählten Fachthema zu vertiefen. Dies kann an der Hochschule, in einem Unternehmen, einem Forschungsinstitut oder im Ausland durchgeführt werden. Gerade diese flexible Ausgestaltung des Moduls „Wissenschaftliche Vertiefung“ führt zu einem sehr breiten Themenspektrum, das von den Studierenden bearbeitet wird. Neben der eigentlichen fachlichen Vertiefung spielt auch die Präsentation und Verteidigung von wissenschaftlichen Ergebnissen eine wichtige Rolle und dies weit über das Studium hinaus. Ein gewähltes Fachgebiet so allgemeinverständlich aufzubereiten und zu vermitteln, dass es auch für Nicht-Spezialisten verständlich wird, stellt immer wieder eine besondere Herausforderung dar. Dieser Herausforderung stellen sich die Studierenden im Rahmen der Herbstkonferenz zur Wissenschaftlichen Vertiefung am 24. November 2021. Bereits zum vierten Mal wird die Veranstaltung in einem online-Modus stattfinden, einschließlich eines virtuellen Begleitprogramms.
Das Themenspektrum der diesjährigen Herbstkonferenz ist wieder sehr vielfältig und breit gefächert. So erwarten Sie u.a. Beiträge aus dem Gesundheitssektor, dem Maschinellen Lernen, der KI und VR sowie dem Marketing und E-Learning. Allen gemein ist ein sehr starker Bezug zu innovativen Informatikansätzen, was sich auch in dem Wortspiel und Motto „RockIT Science“ der Konferenz widerspiegelt. Die Informatik durchdringt fast alle beruflichen und privaten Anwendungsbereiche und hat zunehmend größeren Einfluss auf unser tägliches Leben. Dies kann einerseits Besorgnis und andererseits Begeisterung auslösen. Gerade letzteres wollen die Studierenden mit Ihren Beiträgen erreichen und es auch mal im Informatiksektor „rocken“ lassen.
Die Bereitstellung klinischer Informationen im Operationssaal ist ein wichtiger Aspekt zur Unterstützung des chirurgischen Teams. Die roboter-assistierte Ösophagusresektion ist ein besonders komplexer Eingriff, der Potenzial zur workflowbasierten Unterstützung bietet. Wir präsentieren erste Ergebnisse der Entwicklung eines Checklisten-Tools mit der zugrundeliegenden Modellierung des chirurgischen Workflows und Informationsbedarf der Chirurgen. Das Checklisten-Tool zeigt hierfür die durchzuführenden Schritte chronologisch an und stellt zusätzliche Informationen kontextadaptiert bereit. Eine automatische Dokumentation von Start- und Endzeiten einzelner OP-Phasen und Schritte soll zukünftige Prozessanalysen der Operation ermöglichen.
Der Masterstudiengang Human-Centered Computing der Hochschule Reutlingen ist geprägt durch die Zusammenarbeit von Mensch und Computer. Eine wichtige Rolle an der Schnittstelle spielt die Sensorik, die der diesjährigen Konferenz Informatics Inside das Motto „perceive(it)“ verleiht. Dabei hebt das Wortspiel „it“ für die Informationstechnologie und die englische Übersetzung des Personalpronomens „es“ die Dualität der Wahrnehmung der Informationstechnologie durch den Menschen und der Realität durch den Computer hervor. Das Spannungsfeld zwischen künstlichen Sinneserweiterungen und der intelligenten Verarbeitung von Sensordaten ermöglicht unzählige Anwendungen für digitale Medien, virtuelle Welten, realitätsnahe Simulationen, computergestützte Arbeitsprozesse sowie intelligente Assistenzsysteme in der Produktion, im Haushalt, in der Medizin und in der Mobilität. Meine Aufmerksamkeit gilt hierbei der praxisnahen Forschung als Motor für diesen technischen Fortschritt.
Unter dem Begriff Innovation Enabling wird im Folgenden ein Konzept für die ganzheitliche Unterstützung interdisziplinärer Teams beim kreativen und innovativen Problemlösen vor-gestellt. Dieses Konzept unterstützt Moderatoren und Teilnehmergleichermaßen und ein damit realisiertes System bleibt durch die implizite Interaktion für den Nutzer im Hintergrund. Eine zentrale Rolle spielt das Konzept der Awareness Pipeline zur Implementation einer impliziten Interaktion auf Basis eines Sensor-Aktor-Systems, welches in diesem Artikel vorgestellt wird. Die Unterstützung der begleitenden Moderations- und Administrationsaufgaben, wie beispielsweise der automatisierten Dokumentation der Sitzung, sollen in Zukunft einen deutlichen Mehrwert gegenüber einer klassischen Brainstorming-Sitzung bieten.
JumpAR kombiniert die Welt der Augmented Reality (AR) mit dem weltbekannten Jump ’n’ Run Genre in einem Mobile Game. Der Spieler kreiert einen individuellen Spielparcours in seiner realen Umgebung und navigiert seine Spielfigur auf virtuellen Plattformen durch diesen. Der mit Unity entwickelte JumpAR Prototyp wurde nach Umsetzungen der Grundfunktionen und Mechaniken im Rahmen eines Nutzertests analysiert. Die Integration von echten Gegenständen aus dem Umfeld des Spielers führt im Spielfluss zu einer starken Verknüpfung der virtuellen und realen Welt, was eine neue AR-Interaktionsform für Handyspiele darstellt.
Systemische Betrachtung des therapeutischen Roboters Paro im Vergleich zu dem Haustierroboter AIBO
(2020)
Roboter sind in der heutigen Zeit nicht nur in der Industrie zu finden, sondern werden immer häufiger in privaten Lebensbereichen eingesetzt. Ein Beispiel hierfür ist der soziale Therapie-Roboter Paro. Dieser ist dem Verhalten und Aussehen einer jungen Robbe nachempfunden, drückt Gefühle aus und wird besonders in Pflegeheimen eingesetzt. Dabei zeigt er positive Auswirkungen auf das Wohlbefinden pflegebedürftiger Menschen. Diese Arbeit stellt den Roboter Paro in einer systemischen Analyse dar: hierbei werden Systemkontext, Anwendungsfälle, Anforderungen und Struktur betrachtet. Anschließend erfolgt eine Analyse des Haustierroboters AIBO, welcher einem Welpen ähnelt und verstärkt der Unterhaltung von Privatpersonen dient. Es werden Gemeinsamkeiten und Unterschiede zwischen den Systemen herausgearbeitet. Dabei wird ersichtlich, dass beide Systeme dem Nutzer vorrangig Gesellschaft leisten, jedoch verschiedene Anforderungen besitzen und in unterschiedlichen Anwendungsdomänen eingesetzt werden. Zudem besitzt AIBO vielfältigere Fähigkeiten und einen höheren Bewegungsgrad als Paro. Dies spiegelt sich in einer komplexeren Struktur der Hardware wider.
In diesem Beitrag wird ein neuer Ansatz vorgestellt, welcher eine schwerkraftreduzierte Navigation innerhalb einer VR-Umgebung erlaubt, wie beispielsweise ein simulierter Mondspaziergang. Zur Navigation in der VR-Umgebung wird der Cyberith Virtualizer ein-gesetzt. Die Schwerkraftsimulation erfolgt mittels eines einstellbaren Gurtsystems, das anelastischen Seilen aufgehängt wird und abgestufte Schwerkraftkompensationen erlaubt. Als Umgebung wurde ein Raumschiffszenario sowie eine Mondoberfläche generiert. Hier sind in der aktuellen Anwendung einfache Interaktionen möglich. In Anlehnung an existierende Gravity Offload Systeme wird die Lösung ViRGOS bezeichnet. ViRGOS wurde bereits bei verschiedenen Besuchsterminen und Hochschulevents eingesetzt, so dass erste Rückmeldungen von Nutzern eingeholt werden konnten.
Motto der Herbstkonferenz Informatics Inside 2020 ist KInside. Wieder einmal blicken Studierende inside und schauen sich Methoden, Anwendungen und Zusammenhänge genauer an. Die Beiträge sind vielfältig und entsprechend dem Studiengang human-centered. Es ist der Anspruch, dass sich die Themen um die Bedürfnisse der Menschen drehen und eingesetzte Methoden kein Selbstzweck sind, sondern am Nutzen für den Menschen gemessen werden.
Vergleichende Analyse des YouTube-Auftritts von privat- und öffentlich-rechtlichen Sendegruppen
(2020)
Lange wurde das Internet als Antagonismus zum Fernsehen gesehen. Es wurde dementsprechend zur Zuschauerrück- bzw. -gewinnung genutzt, was sich allerdings als ineffizient erwies. Inzwischen haben die einzelnen Sendegruppen das Internet jedoch als mediale Erweiterung erkannt und genutzt. Durch diese späte Akzeptanz zeigen sich starke Unterschiede im Umfang und der Vorgehensweise hinsichtlich der Nutzung des Internets als zusätzliches Medium. Am besten lässt sich dies in einem Vergleich in Bezug auf die wichtigste videotechnische Social Media Plattform YouTube darstellen.
In diesem Vergleich sollen die einzelnen Sendegruppen hinsichtlich ihrer wahrgenommenen Vorteile, Nachteile und Attraktivität bezogen auf das Nutzerverhalten und die Nutzermeinung bewertet werden. Die zielgruppenorientierte Optimierung des YouTube-Auftrittes ist von außerordentlich hoher Bedeutung für die zukünftige Marktdurchdringung.
Ein nicht unerheblicher Anteil der Autounfälle ist auf Müdigkeit am Steuer zurückzuführen. Um Unfälle aufgrund von Müdigkeit zu vermeiden, existieren schon einige Ansätze wie beispielsweise die Erkennung der Fahrweise. Im Rahmen des IOT-Labors des Masterstudiengangs Human Centered Computing der Hochschule Reutlingen sollen verschiedene Fahrassistenzsysteme entwickelt und getestet werden, um Unfälle aufgrund von Müdigkeit zu verhindern. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Müdigkeitserkennung über Computer Vision (CV) und das Elektrokardiogramm (EKG). Im Rahmen dieses Papers wird die Müdigkeitserkennung über CV am Steuer mittels den Open Source Bibliotheken OpenCV und Dlib und dem Embedded PC Nvidia Jetson Nano verwirklicht. Die Müdigkeit über EKG wird über den Herzschlag und die Herzfrequenzvariabilität erkannt. Ebenfalls wurde in dieser Arbeit eine Schnittstelle aus CV und EKG entwickelt, um aus den Python-Skripten der Müdigkeitserkennung über Computer Vision und der Müdigkeitserkennung über EKG die zur Erkennung wichtigen Daten zusammenzufassen. Diese werden anschließend zu einem gesamten Ergebnis ausgewertet.