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.
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.
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".
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.
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.
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.
Medizinprodukte sind Gegenstände, Stoffe oder Software mit medizinischer Zweckbestimmung für die Anwendung am Menschen. Diese werden von Medizinprodukteherstellern entwickelt und auf den Markt eingeführt. Da die falsche Anwendung von Medizinprodukten bei Menschen zu Verletzbarkeit des menschlichen Körpers führen kann, ist eine angemessene Qualität der Medizinprodukte zu gewährtleisten. Um die Sicherstellung der Qualität einzuhalten, sind Medizinproduktehersteller verpflichtet, sich an die Medizinprodukteverordnung (MDR) zu halten. Für risikoreiche Produkte ist ergänzend die Nutzung eines Qualitätsmanagementsystems (QMS) verpflichtend. Dieses steuert die Struktur, Verantwortlichkeiten, Verfahren und Prozesse des Unternehmens, die für die Medizinprodukteentwicklung notwendig sind. In Zeiten der Digitalisierung werden Softwarelösungen eingesetzt, um die zeitaufwendigen Dokumentations- und Administrationstätigkeiten im QMS zu reduzieren und die Prozesse zu optimieren. Mit der Einführung einer Software wird ein QMS in der Praxis auch als elektronisches QMS (eQMS) bezeichnet. Weiterhin muss das gesamte QMS mit den Regularien konform sein. Deshalb ist das Ziel dieser Arbeit, mithilfe der regulatorischen Anforderungen herauszuarbeiten, welche Vorgaben bei der Einführung eines eQMS zu beachten sind und wie diese erfüllt werden können. Diese Arbeit bezieht sich auf die regulatorsichen Vorgaben aus der MDR und der ISO 13485. Die Norm beinhaltet Anforderungen an ein QMS von Medizinprodukten.
Anhaltend erlebt die Künstliche Intelligenz (KI) eine Renaissance in vielen Branchen. Der Trend, komplexe Zusammenhänge in Daten zu erfassen und zu nutzen, hält an. Hierbei ist jedoch der Grundgedanke des Maschinellen Lernens basierend auf empirischen Daten nicht neu. Es bleibt nach wie vor die Herausforderung, erst ein oft auch interdisziplinäres Verständnis von komplexen Zusammenhängen für verschiedenste Anwendungs-Domänen zu gewinnen, um zum Beispiel KI sinnvoll zum Einsatz zu bringen. Als Besucher der Konferenz erwarten Sie Beiträge aus den unterschiedlichsten Bereichen. Hierzu gehören zum Beispiel Müdigkeitserkennungssysteme im Automobil, ein Tastsinn auch für Roboter, aber auch neue Ansätze zur Erzeugung und Nutzung von Virtuellen Realitäten für die Erprobung des autonomen Fahrens bis hin zur Simulation von Außenboardeinsätzen in der Raumfahrt.
In der Kryochirurgie wird Kälte verwendet, um tumoröses Gewebe abzutöten. Dazu werden Kryosonden in den Tumor gestochen und stark abgekühlt. Hierbei gibt es verschiedene Herausforderungen, welchen computergestützt begegnet werden kann. Diese Arbeit gibt die Ergebnisse einer Literaturrecherche zu den Herausforderungen wieder. Die vorgestellten Arbeiten beschäftigten sich mit der Simulation des im Tumor entstehenden Eisballs, dem korrekten Positionieren der Kryosonden im Tumor, dem Überwachen des Eingriffs sowie dem Entwickeln von Simulationen für Trainingszwecke. Dabei zeigt sich, dass der Einsatz von computergestützten Lösungen die Kryochirurgie für Operateur und Patient verbessern kann.
Requirements Engineering (RE) umfasst sämtliche systematische Schritte zur Entwicklung eines Systems, um die Bedürfnisse der Nutzer und Vorgaben, die an dieses gestellt werden, zu erfüllen. Das RE eines ausgewählten Herstellers für klinische Informationssysteme (KIS) wurde untersucht und es stellt sich als intransparent als auch teilweise unzureichend dar. Das Ausmaß des Einsatzes von systematischen Vorgehensweisen und Methoden zum RE wurden beim ausgewählten KIS-Hersteller analysiert. Die Analyse zeigt, dass RE weit verbreitet ist, aber differenziert betrieben wird.
Das Ziel dieser Arbeit ist es, den Stand der Technik des RE für die KIS Entwicklung zu ermitteln. Es werden wichtige Faktoren des RE für die Entwicklung von KIS beschrieben. Die Ergebnisse dieser Arbeit werden als erster Schritt für die Optimierung des RE des ausgewählten KIS-Herstellers dienen.
Die Entwicklung eines Medizinproduktes benötigt in der Regel mehrere Jahre. Gesetzliche Vorgaben, wie zum Beispiel das Medizinprodukte Durchführungsgesetz, bestimmen, welche Schritte während der Entwicklung durchgeführt werden müssen. Deren Einhaltung muss in der technischen Dokumentation nachgewiesen werden. Die darin enthaltenen technischen Dokumente entstehen im Verlauf der Entwicklung. Diese bauen aufeinander auf und verweisen sich gegenseitig. Dadurch entstehen heterogene und unübersichtliche Strukturen. Eine Lösung für dieses Problem bietet Traceability. Traceability sorgt dafür, dass die Anforderungen an das Medizinprodukt mit Dokumenten, wie dem Anforderungskatalog, Lastenheft oder der Spezifikation verknüpft werden können. Somit ist jederzeit nachvollziehbar, welche Anforderungen mit welchem Test, welchen Änderungen oder welchen Ergebnissen zusammenhängen. Ein wichtiger Prozess bei der Entwicklung von Medizinprodukten ist zudem das Usability Engineering, wodurch die Sicherheit eines Medizinprodukts sichergestellt und Risiken bei der Anwendung minimiert werden sollen. In diesem Prozess entstehen viele Artefakte, wie zum Beispiel Usability-Berichte. Um den Überblick über alle Usability-Daten behalten zu können, können diese mithilfe von Traceability verknüpft werden. In diesem Artikel wird herausgestellt, welche Voraussetzungen für das Usability Engineering in der Medizintechnik an Traceability gestellt
werden.
In dieser Ausarbeitung wird auf Visualisierungsmöglichkeiten von neuronalen Netzen eingegangen. Ein neuronales Netz scheint zuerst nicht von außen einsehbar und ist somit für viele eine Blackbox. Häufig genutzte Python-Bibliotheken, zum Beispiel TensorFlow, werden vorgestellt und deren Stärken wie auch Schwächen präsentiert. Anhand dieser werden bereits bestehende Visualisierungen gezeigt und ihr derzeitiger Einsatz wird erläutert. Durch einen Vergleich soll ersichtlich werden, welche Bibliothek am meisten Daten während des Trainings liefert, damit diese Informationen weiter verarbeitet werden. Diese Daten sollen so visualisiert werden, dass sie bei der Entwicklung eines neuronalen Netzes unterstützend sind. Ziel ist es, auf die Möglichkeiten einzugehen, welche geboten werden können. Durch eine Vereinfachung des Debuggings neuronaler Netze sollen weiterführende Entwicklungen in diese Richtung unterstützt werden.
In Zusammenarbeit mit dem Medizinproduktehersteller ulrich medical wird eine User Experience und Usability Studie an der Software der im Moment eingesetzten Kontrastmittelinjektoren durchgeführt. Das Unternehmen möchte eine neue Variante eines Kontrastmittelinjektors entwickeln, der als Basis eine verbesserte Version dieser Softwares enthält. Benutzerstudien können mit den unterschiedlichsten Methoden durchgeführt werden. Das geeignete Vorgehen muss definiert und die Testpersonen in Bezug zur eingesetzten Methode ermittelt werden. Bei Medizinprodukten muss zusätzlich auf strikte Auflagen in Normen und Gesetzen geachtet werden. Die Grundlage zur Methodenauswahl bildet eine Recherche zu Usability und User Experience Vorgaben für Medizinprodukte. Die Studie wird anhand quantitativer Daten eines Usability Tests im Labor, Fragebögen zur User Experience und qualitativen Post Test- Interviews evaluiert. In erster Linie dient diese Studie der Ermittlung von möglichen Verbesserungen, welche in der darauf folgenden Masterthesis vertieft und umgesetzt werden.
Haptisches Feedback ist nach zahlreichen Studien ein wichtiger Bestandteil in der medizinischen Robotik. Die meisten Systeme befinden sich jedoch noch im Forschungsstatus und verfolgen unterschiedliche Ansätze. In der Teleoperation wird mit sensorlosen und Sensor-Systemen geforscht. Sensoren bieten, im Gegensatz zu den Encodern in sensorlosen Systemen, genaue Messungen, sind allerdings teuer in der Anschaffung, schwer zu desinfizieren und müssen in OP-Besteck integriert werden. In Hands-On Systemen fühlt der Operateur im Gegensatz zu Teleoperationssystemen direkt die auftretenden Kräfte bei der Benutzung. Der Roboter bietet in diesen Systemen nur die benötigte Stabilität und Genauigkeit, gesteuert werden sie direkt durch den Menschen. Dagegen werden in Teleoperationssystemen gezielte Controller eingesetzt. Hier hat sich der für den OP entwickelte sigma.7 durchgesetzt. Gegenüber der für die Allgemeinheit entwickelten Konkurrenz bietet er haptisches Feedback in allen nötigen Freiheitsgraden und eine entsprechende Kraftrückkoppelung.
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.
In dieser Arbeit werden drei verschiedene Testumgebungen vorgestellt, welche in ein iteratives Vorgehen einfließen, um die Entwicklung von Augmented-Reality-Anwendungen zur Darstellung von autonomen Fahrfunktionen zu unterstützen.
Gestaltungsentwürfe und Softwareentwicklungen können in den Testumgebungen für unterschiedliche Zielsetzungen von Personenbefragungen vorgestellt und bewertet werden. Das entwicklungsbegleitende Testen ermöglicht eine frühzeitige Identifizierung von Änderungshinweisen, welche für einen gültigen Lösungsentwurf eingearbeitet werden können. Die entwickelten Testumgebungen sind ein verkleinertes Modell, ein Fahrsimulator und ein reales Fahrzeug. Eigenschaften, Funktionen und Aufbauten resultieren aus Erkenntnissen der Literatur und Erfahrungen aus ersten Entwicklungen. Diese und die Einsatzmöglichkeiten werden mit dieser Arbeit aufgezeigt.
Bereits zum elften Mal findet nun die Studierendenkonferenz Informatics Inside statt. Als Teil des Masterstudiengangs Human-Centered Computing organisieren Masterstudierende selbständig eine vollumfängliche wissenschaftliche Konferenz. Die Informatik ist nach wie vor ständigem Wandel unterworfen. Unsere Studierenden tragen diesem Wandel bei, indem sie in ihrer wissenschaftllichen Vertiefung aktuelle Problemstellungen durch innovative Konzepte lösen. Inzwischen ist die Informatik aber auch nicht immer sofort sichtbar. Das merken wir immer dann, wenn etwas nicht wie vorgesehen funktioniert. Das diesjährige Motto der Informatics Inside ist experience (IT);, verdeckt als Funktionsaufruf:).