Menschen sind in der Lage, Pläne zur Erreichung ihrer Ziele zu entwickeln und sie an Veränderungen in ihrer Umgebung anzupassen, indem sie ohne große Überlegungen Lösungen und Alternativen finden und Chancen nutzen. Trotz jahrzehntelanger Forschung sind künstliche Agenten, wie z.B. Roboter, nicht so robust und flexibel. Wenn wir uns ansehen, wie wir trotz der sich ständig verändernden Umgebungen und unseres eigenen Mangels an Allwissenheit die Dinge erledigen, stellen wir fest, dass dies meist dadurch erreicht wird, dass wir fehlende oder nicht verfügbare Objekte ersetzen und Annahmen über Objekte treffen, über die wir nur begrenzte Informationen haben. Doktorandin Iman Awaad hat sich zum Ziel gesetzt, Servicerobotern, die in häuslicher Umgebung arbeiten, die Nutzung dieser beiden Techniken zur Unterstützung menschlicher Benutzer zu ermöglichen. 

Betreuung: Prof. Dr. Paul Plöger  (Prof. Dr. Gerhard Kraetzschmar)
Partner-Universität: Universität Osnabrück

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Melanie Ludwig untersucht in ihrer Forschung, wie sie die Fitness einer Person beim Ausdauersport nur mit Hilfe der Herzfrequenz am Computer modellieren, also nachbilden und auch vorhersagen kann. Normalerweise ist die Feststellung der Fitness im Ausdauersport mit aufwändigen und anstrengenden Tests verbunden, die insbesondere im Hobby- und Gesundheitssport aus vielerlei Gründen nur schwer umsetzbar sind. Melanie Ludwig möchte mit ihren Computermodellen, die auf alltäglicher sportlicher Aktivitäten und der Herzfrequenz beruhen, aufwändige Tests vermeiden und möglichst viele Menschen durch individuelles und gesundheitsförderliches Training unterstützen.

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Etwa 23% unseres derzeitigen Energiebedarfs werden vom Transportsektor benötigt. Die Entwicklung von Strategien, die eine nachhaltige Infrastrukturplanung für intelligente Städte ermöglichen und die Auswirkungen des Verkehrssektors auf die Treibhausgasemissionen verringern, ist von größter Bedeutung. Wir stützen uns auf die Ergebnisse von Verkehrssimulationen, um politische Maßnahmen umzusetzen, die unsere Energieausgaben für Mobilität reduzieren. Deshalb müssen wir sicherstellen, dass die in der Simulation evaluierten Politiken die gleiche Wirkung haben, wenn sie in der realen Welt umgesetzt werden. Doktorand Pranjal Dhole arbeitet auf dem Gebiet der realistischen Verkehrsfluss-Simulation, wo er Experimente zur Erzeugung mikroskopischer Verkehrsfluss-Simulationen erstellt, die den in der Realität beobachteten Verkehrssituationen nahe kommen. 

Betreuung: Prof. Dr. Alexander Asteroth

Ahmad Drak entwickelt ein fliegendes Robotersystem, das in der Lage ist, die sich ständig verändernde Umgebung, in der es sich bewegt, effizient zu erkunden. Das Ergebnis ist eine Fülle nützlicher Informationen, die das System lernen und maximieren soll. Damit wird erstens die Zeit verkürzt, die der Roboter für die Erforschung seiner Umgebung benötigt, und zweitens wird der Energieverbrauch des Robotersystems reduziert.
 

Betreuung:  Prof. Dr. Alexander Asteroth

Jeder benutzt alltägliche Mensch-Maschinen-Schnittstellen, z.B. in Form von Tastatur und Maus. Doktorand Jens Maiero untersucht in seinem Promotionsvorhaben, ob sich die Performance (z.B. Fehlerquote), die Bedienbarkeit oder die Wahrnehmung durch erweiterte Benutzerschnittstellen steigern lassen. Erweiterte Benutzerschnittstellen sind Schnittstellen, die entweder einen weiteren Sinneskanal in die Interaktion einbinden oder eine neuartige Interaktionsmetapher bereitstellen. Konkret untersucht Jens Maiero die erweiterte Interaktion mit mobilen Projektionen, die Kombination von haptischem Feedback mit Touchscreens sowie unkonventionelle Interaktionsmetaphern.

 Betreuung: Prof. Dr. André Hinkenjann

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Ingenieure und Designer wollen oft schon früh in Entwicklungsprozessen voraussehen, welche potentiellen Lösungen für sie wichtige Qualitätskriterien erfüllen werden, z.B. in der Architektur, Flugzeugtechnik, Stadtplanung oder in der Robotik. Weil sich nicht alle Kriterien einfach beschreiben lassen, sind solche Prozesse meistens in unterschiedliche Phasen eingeteilt. Doktorand Alexander Hagg untersucht, wie sogenannte Quality-Diversity-Algorithmen, die in der Lage sind große Mengen an guten Lösungen hervorzubringen, als interaktive Tools in Entwicklungsprozessen eingebettet werden können. Dabei entsteht eine Interaktion zwischen Mensch und Maschine, welche dem Ingenieur die Möglichkeit bieten, schon früh im Entwicklungsprozess innovative Lösungen zu entdecken. 

Betreuung: Prof. Dr. Alexander Asteroth

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Augmented Reality-Brillen sind Datenbrillen, in deren Sichtfeld zeitgleich alle erdenklichen Informationen visuell eingeblendet werden. Diese Informationen sollen das Bewusstsein für bestimmte Situationen durch korrekte Wahrnehmung, Interpretation und Einschätzung der Umgebung verbessern. Aktuelle AR-Brillen haben allerdings einen Nachteil: Ihr Sichtfeld ist so klein, dass die eingeblendeten Informationen kritische Hinweise aus der Umwelt verdecken, die Brillentragenden ablenken oder sie mit einer zu großen Informationsdichte überfordern können. Christina Trepkowski arbeitet daran, einen Teil der visuellen digitalen Information in Audio- und Vibrationsreize umzuwandeln. Als Psychologin liegt ihr Schwerpunkt darauf, diese neuartigen Methoden zu bewerten, zu vergleichen und zu optimieren, indem sie Verfahren zur Messung des Situationsbewusstseins der Brillentragenden entwickelt und einsetzt. 

Betreuung: Prof. Dr. Ernst Kruijff

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Nützliche autonome Roboterassistenten benötigen die Fähigkeit, ihr Verhalten zu modifizieren, wenn dieses von dem abweicht, was erwartet oder gewünscht wird; mit anderen Worten, sie brauchen die Fähigkeit, mit Ausführungsfehlern umzugehen und entsprechend aus ihnen zu lernen. Doktorand Aleksander Mitrevski entwickelt Verhaltensmodelle, die ein Haushaltsroboter durch Erfahrungen mit der Welt erwerben kann und die sowohl für die Vorhersage von Fehlern als auch für die Diagnose ihrer Ursachen verwendet werden können. Er untersucht insbesondere das Gleichgewicht zwischen modelliertem und erlerntem Verhalten und kombiniert Techniken wie Lernen durch Vorführung, Verstärkungslernen, qualitative Modellierung und logisches Denken. Das übergeordnete Ziel seines Projekts ist es, Roboter zuverlässiger und damit für den praktischen Alltagseinsatz nützlicher zu machen.

 Betreuung: Prof. Dr. Paul Plöger

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Fortgeschrittene Techniken der Computergrafik spielen eine zentrale Rolle in Bereichen wie der Virtual Reality (VR), Design Review oder Architekturvisualisierung. Die fließende Darstellung einer Anwendung (Performance) ist gerade im VR-Bereich sehr wichtig: Einerseits möchte man unerwünschte Effekte der sogenannten „Simulator Sickness“ wie Übelkeit oder Schwindel vermeiden, andererseits ist ein hoher Grad an Realismus für die anderen genannten Disziplinen von großer Bedeutung. Ziel der Forschungsarbeit von Doktorand Thorsten Roth ist es, die Darstellung sowie die visuelle Qualität sogenannter strahlbasierter Ansätze, die oft die Grundlage für die grafische Darstellung in den genannten Bereichen bildet, zu verbessern. Dabei kann die Bildgenerierung beispielsweise auf die menschliche Wahrnehmung oder situative Anforderungen angepasst werden. Beleuchtungsinformationen einer Szene können zwischengespeichert werden, um unnötige Rechenlast zu vermeiden und eine Steigerung sowohl der Performance als auch der visuellen Qualität zu erreichen.

Betreuung: Prof. Dr. André Hinkenjann

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Im Gegensatz zu Industrierobotern erwarten wir von Haushaltsrobotern, dass sie mit ihren Armen Greifbewegungen situationsbedingt ausführen können. Dafür müssen sie diese Fähigkeit aber erst erlernen, und zwar mithilfe von Modellen aus verschiedenen Disziplinen (z.B. der Mechanik oder der Regelungstechnik). Doktorand Sven Schneider stellt Haushaltsrobotern dieses interdisziplinäre Wissen zur Verfügung, in dem er anwendungsspezifische Sprachen entwickelt. Wenn man so will, ist er Dolmetscher und Sprachlehrer für Haushaltsroboter.

Betreuung: Prof. Dr. Paul Plöger

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Schmerzen im unteren Rückenbereich sind ein wichtiges Thema in modernen westlichen Gesellschaften. Mit tragbaren Geräten können Haltungsveränderungen durch Haltungsschulung verfolgt, die Form der Wirbelsäule gemessen und die Wirbelsäulenkrümmung rekonstruiert werden. Doktorandin Katharina Stollenwerk konzentriert sich in ihrer Forschung auf die systematische Auswertung von (spezifischen) sensorgestützten Wearables und die Rekonstruktion der Wirbelsäulenkrümmung sowie die Analyse der aufgezeichneten Daten. Dies verbessert in der Rückenschulung das Haltungstraining mit zuverlässigen und objektiven Messungen der Wirbelsäulenform. Trainer und Trainierende erlangen so ein besseres Verständnis ihres Tuns bzw. Konzepts.

Betreuung: Prof. Dr. André Hinkenjann

Weitere Forschungsthemen

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tbd

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Die Simulation der Aerodynamik ist selbst mit riesigen Computern unglaublich langsam, was die Fähigkeit von KI-Algorithmen zur Unterstützung des Entwurfs aerodynamischer Formen, wie z.B. Autos und Windkraftanlagen, einschränkt. Der Doktorand Adam Gaier erstellt KI-Algorithmen, die eine Vielzahl von Designs testen und durch Experimente ein eigenes Problemverständnis entwickeln. Durch Experimentieren mit diesen Algorithmen werden Probleme schneller, besser und auf verschiedene Varianten gelöst. 

Supervisor: Prof. Dr. Alexander Asteroth

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