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Forschung

Forschungsfelder und -schwerpunkte

Forschungsfelder im Fachbereich Informatik

Algorithmik
Der Schwerpunkt der Forschung liegt in der Entwicklung von Algorithmen, die nicht nur auf typischen Eingabedaten aus einer Anwendungsdomäne „gut“ funktionieren, sondern für welche bestimmte Eigenschaften (Laufzeit, Qualität des Ergebnisses, … ) auch mathematisch-rigoros bewiesen werden können. Aktuelle Forschungsthemen sind Algorithmen im Kontext von Routenplanung, E-Mobility, Selbstlokalisierung, industrieller Schnittminimierung, Scheduling sowie Text-Retrieval. Weitere Informationen hier.
Anwendungssysteme
Die Abteilung Anwendersoftware sieht ihr "traditionelles" Arbeitsgebiet in dem großen Bereich der Datenbank- und Informationssysteme. Ergänzend zu den klassischen Themen wie Datenmodelle, Sprachen und Optimierung kommen an aktuellen Forschungsthemen hinzu beispielsweise Datenintegration, Datenanalyse und Techniken des Data Warehousing sowie skalierbare Datenverarbeitung und datenintensive Applikationen, etwa in technischen Anwendungsbereichen. Weitere Informationen hier.
Architektur von Anwendungssystemen
Die Forschungen befassen sich mit der Struktur, der Modellierung und der Laufzeitunterstützung unternehmenskritischer Anwendungen. Hierbei stehen oft geschäftsprozess- oder dienstorientierte Ansätze, deren Middleware und Entwicklungswerkzeuge im Vordergrund. Aktuelle Forschungen befassen sich mit Cloud Computing, Management verteilter Anwendungen, Mustersprachen, Dienstgüteeigenschaften und Anwendungen der zuvor genannten Technologien in unterschiedlichsten Bereichen. Weitere Informationen hier.
Computerlinguistik
Die Juniorprofessur Computerlinguistik, geleitet von Jun.-Prof. Lonneke van der Plas, ist im Bereich der komputationellen Semantik angesiedelt. Sie beschäftigt sich u.a. mit sprachübergreifenden Methoden, wobei sie die lexikalische und strukturelle Variation zwischen Sprachen verwendet, um Prädikats-Argumentstrukturen oder die Bedeutung von Wörtern automatisch zu erfassen. Diese Informationen werden z. B. eingesetzt, um Terminologie aus Texten zu extrahieren oder um Frage-Antwort-Systeme oder Dialogsysteme mit semantischer Information, z. B. mit Synonymen oder semantischen Rollen, zu optimieren. Weitere Informationen hier.
Data Engineering
Im Forschungsgebiet Data Engineering befasst sich Prof. Herschel vor allem mit der Herkunft von diversen Daten, der Datenintegration, der Bereinigung von Daten (im besonderen mit der Auflösung von Entitäten) und mit daten-zentrierten Arbeitsabläufen. Ziel ihrer Forschung ist es zu erreichen, dass große Mengen heterogener Daten für ihre Verwendung in diversen alltäglichen Anwendungen automatisch vorbereitet und prozessiert werden können. Weitere Informationen hier.
Eingebettete Systeme
Das Fachgebiet Eingebettete Systeme befasst sich mit Architekturen und Entwurfsmethoden für Hardware-Software-Systeme in technischen Anwendungen. Forschungsschwerpunkte werden auf den Gebieten der Modellierung und parallelen Simulation eingebetteter Systeme, des Entwurfs robuster Systeme sowie der Architektur fehlertoleranter On-Chip-Verbindungsnetzwerke verfolgt. Weitere Informationen hier.
Experimentelle Phonetik
Der Lehrstuhl Experimentelle Phonetik ist für seine technologische Forschung im Bereich Sprachsynthese bekannt, für Grundlagenforschung zu Sprachmelodie (Prosodie) und Silbenstruktur sowie für die Erstellung und Verwendung von komputationellen Modellen der Sprachwahrnehmung und der Sprachproduktion, insbesondere zu exemplartheoretischen Modellen. Darüber hinaus betreibt der Lehrstuhl Dogil aber auch Forschungen im Bereich der Neurophonetik, also der Verankerung von sprachlichem Wissen im Gehirn. Weitere Informationen hier.
Graphisch-Interaktive Systeme
Forschung und Lehre dieser Abteilung widmen sich den Grundlagenfragen und Anwendungsaspekten von Computersystemen, die Interaktion mit graphischen Darstellungen erlauben, und überdecken damit die Bereiche Computergraphik, Visualisierung und Mensch-Computer-Interaktion. Aktuelle Forschungsthemen sind die visuelle Analyse von digitalen Dokumentsammlungen, sozialen Medien und Bewegungsdaten, kognitive Prozesse beim Umgang mit Visualisierungen, die Erstellung komplexer graphischer Abfragen und haptische Interaktions- und Darstellungstechniken. Weitere Informationen hier.
Intelligente Systeme
Forschungsschwerpunkte liegen im Bereich Computer Vision, Bildverarbeitung und Scientific Computing. Aktuelle Forschungsthemen sind die Bewegungsberechnung aus Einzel- und Stereobildfolgen, die 3D-Rekonstruktion im Zwei- und Mehrbildfall, die Oberflächenschätzung aus Beleuchtungsinformation sowie die Aufbereitung und Kompression von Bild- und Videodaten. Aus methodischer Sicht stehen globale Optimierungsverfahren sowie deren effiziente numerische Umsetzung im Mittelpunkt. Weitere Informationen hier.
Maschinelles Lernen und Robotik
Unsere Forschung liegt im Bereich der Entscheidungstheorie und des Maschinellen Lernens, mit Anwendungsschwerpunkt in der Robotik. Insbesondere interessieren uns probabilistische Lernansätze, die Unsicherheit (Bayesianisch) quantifizieren, und Entscheidungen, die Informationsgewinn und Lernfortschritt maximieren. Spezialgebiete sind u.a. das Reinforcement Learning, Planung in relationalen Modellen, aktives Lernen, Optimierungsmethoden und optimale Regelung in der Robotik. Weitere Informationen hier.
Mensch-Computer-Interaktion
Im Fachgebiet Mensch-Computer-Interaktion erforschen wir mobile, ubiquitäre sowie vernetzte und eingebettete Sensortechnologien und deren Interaktion mit dem Nutzer. In aktuellen Forschungsprojekten werden beispielsweise die Möglichkeit zur kognitiven Verbesserung menschlicher Fähigkeiten durch Technologie, die Potenziale einer vernetzen Sensorik in Museen zur Gestaltung interaktiver Ausstellungen sowie Anforderungen und Best-Practice-Konzepte für Assistenzsysteme für Produktionsprozesse untersucht, die auf Bewegungserkennung und Projektionen beruhen. Weitere Informationen hier.
Parallele Systeme
Schwerpunkt der Forschung sind zum einen parallele Rechnerarchitekturen auf der Basis rekonfigurierbarer Hardware und paralleler Prozessoren (Multi-Core Prozessoren, Graphics Processing Units), insbesondere für schnelle bildgebende Systeme im Kontext natur- und ingenieurwissenschaftlicher Anwendungen. Zum anderen sind neuartige Entwurfsmethoden für hochperformante Hardware-Systeme mit Gbit/s-Datenverbindungen auf Basis bildgebender Verfahren Gegenstand der Forschungsarbeiten. Weitere Informationen hier.
Programmiersprachen und Übersetzerbau
Schwerpunkt der Forschung sind Programmanalysen, die dem Programmverstehen, der Fehlererkennung und Fehlervermeidung sowie dem Erhalt der Software-Architektur in der Wartung dienen. Aktuell ist die Forschung auf die Analysen nebenläufiger Software ausgerichtet, vor allem auf das vorausschauende Erkennen von Kommunikation und dabei möglichen Synchronisationsfehlern (Data Races), ferner auf die Migration existierender Softwaresysteme auf Multicore-Plattformen. Weitere Informationen hier.
Rechnerarchitektur
Das Forschungsgebiet umfasst die hardwarenahe Informatik mit Schwerpunkt auf innovativen Rechnerstrukturen, automatisierten Entwurfsmethoden und neuen Technologien. Insbesondere werden die Zuverlässigkeit integrierter Systeme, Test und prüfgerechter Entwurf sowie Fehlertoleranzverfahren behandelt. Zu den aktuellen Forschungsthemen gehören funktionale Sicherheit, adaptive und rekonfigurierbare Systeme sowie On-Chip-Infrastruktur für Sicherheit, Debug und Diagnose. Weitere Informationen hier.
Rechnergestützte Ingenieursysteme
Das Arbeitsgebiet des Instituts lässt sich kurz wie folgt charakterisieren: "Produktmodellierung und Informationsmanagement im Ingenieurbereich". Im Mittelpunkt des Forschungsinteresses stehen Modellierungen und Auswertungen von semantischen Informationen in technischen Prozessen. Die Forschungsthematik konzentriert sich dabei im Wesentlichen auf Computeranwendungen, insbesondere in der Produktentwicklung. Weitere Informationen hier.
Simulation großer Systeme
Die Abteilung 'Simulation großer Systeme' forscht an Fragestellungen im Grenzbereich zwischen Numerischer Mathematik und Informatik, um hochaufgelöste Anwendungen des Wissenschaftlichen Rechnens auf massiv parallelen Systemen zu ermöglichen. Anwendungsfelder sind dabei Fluiddynamik, gekoppelte Mehrphysikprobleme, hochdimensionale Probleme wie Datamining, Zeitreihenvorhersagen und Quantifizierung von Unsicherheiten. Die Methoden reichen von effizienten parallelen Mehrgitterlösern über oktalbaumähnliche Rechengitter, dynamische Gitteradaptivität, kommunikationsreduzierende und asynchrone iterative Löser, dünne Gitter und dynamische Lastbalancierung bis zu Reduced Order Modellierung. Weitere Informationen hier.
Software Engineering
Software Engineering ist die effiziente und effektive Erstellung und Qualitätssicherung von Software-Systemen. Unsere Forschung besteht also darin, Methoden, Werkzeuge und Prozesse zu entwickeln und zu evaluieren, die das unterstützen. Wir bedienen uns hierzu vor allem der Mittel der empirischen Forschung mit einem Fokus auf Software-Qualität, Software-Wartung, Requirements Engineering und Safety Engineering. Weitere Informationen hier.
Theoretische Computerlinguistik
Das Fachgebiet befasst sich mit der Bedeutung sprachlicher Einheiten wie Wörtern und Sätzen und deren formaler Repräsentation, um z.B. Ähnlichkeitsbeziehungen oder Schlussfolgerungen zu erklären. Methodisch liegt der Schwerpunkt auf der distributionellen Semantik, die Bedeutung durch Verwendungskontexte charakterisiert. Sie erlaubt es, Bedeutung durch statistische Analyse von Sprachdaten zu modellieren, und wird durch kognitive Studien zur menschlichen Sprachverarbeitung ergänzt. Weitere Informationen hier.
Theoretische Informatik
Die Forschungen gehören zum Bereich der diskreten mathematisch orientierten Theoretischen Informatik. Hierzu gehören die algebraischen Grundlagen nebenläufiger Systeme, die Untersuchung von Logikfragmenten durch endliche Automaten, Halbgruppen und topologische Eigenschaften. Ein weiterer Schwerpunkt ist die Untersuchung der elementaren Theorie von frei partiell kommutativen Strukturen. Zu den aktuellen Forschungsthemen gehören auch Fragen der algorithmischen und kombinatorischen Gruppentheorie und Bezüge zur Komplexitätstheorie. Weitere Informationen hier.
Verteilte Systeme
Das Hauptaugenmerk der Forschung liegt auf den Gebieten der Verteilten Systeme, Rechnernetze und Mobilen Systeme. Aktuelle Forschungsthemen sind skalierbare und hochverfügbare Systeme, Adaption und Evolution von Systemen, verteilte Verarbeitung komplexer Ereignisse (Complex Event Processing), Datenschutz in mobilen Umgebungen, Protokolle für Sensornetze sowie Software-definierte Systemumgebungen, insbesondere Software Defined Networking (SDN). Weitere Informationen hier.
Visual Computing
Im Fachgebiet Visual Computing untersuchen wir den Weg der Bilder von der Realität in den Rechner und wieder zurück. Dazu verwenden wir Methoden des Computational Photography (wie kann man Verallgemeinerungen von flachen Bildern aufnehmen?), Materialmessung (wie ändert sich das Aussehen von Oberflächen mit der Beleuchtung?) und interaktive Systeme, die z.B. Kameras und Lichtquellen in einem Aufbau kombinieren. Weitere Informationen hier.
Visualisierung
Die Forschungsschwerpunkte sind die wissenschaftliche Visualisierung, die Informationsvisualisierung und die visuelle Analytik. Aktuelle Forschungsthemen sind unter anderem die Visualisierung von Vektorfeld- und Volumendaten, die Darstellung von Netzwerken und Hierarchien sowie die visuelle Analytik von Videodaten. Typische Anwendungsgebiete sind beispielsweise in den Ingenieurwissenschaften, der Physik, der Systembiologie und dem Eye-Tracking zu finden. Weitere Informationen hier.
Zuverlässige Softwaresysteme
In der Forschung des Fachgebietes Zuverlässige Softwaresysteme stehen speziell probabilistische nicht-funktionale Qualitäts- und Systemeigenschaften wie z.B. Sicherheit, Verfügbarkeit, Zuverlässigkeit und Performanz im Mittelpunkt. Dabei ist es Ziel der Forschung, Techniken und Verfahren zur Vorhersage, Spezifizierung, Bewertung, Verbesserung und Zertifizierung von solchen probabilistischen Qualitätseigenschaften zu erstellen. Dadurch wird langfristig die ingenieurmäßige Software-Entwicklung vorangetrieben. Weitere Informationen hier.

Forschungsschwerpunkte

Autonome und interaktive Systeme
Das Spektrum dieses Gebiets reicht von interagierenden Robotern über autonome Steuerungen von Fahrzeugen bis hin zu vernetzten interaktiven Systemen. Besondere Herausforderungen sind (i) die Wahrnehmung von Situationen und der Umgebung durch Sensoren, insbesondere durch Methoden der Computer Vision, (ii) verkörperte Intelligenz und das Lernen von Verhalten, (iii) die Darstellung komplexer Informationen sowie (iv) eine natürliche Interaktion intelligenter Systeme mit dem Menschen. Dabei spielt die multimediale Präsentation der Inhalte, die interaktive Computergraphik und die Visualisierung großer Datenmengen eine wichtige Rolle. Natürliche und intuitive Formen der Mensch-Computer-Interaktion werden durch multimodale Schnittstellen eröffnet.
Kommunikation und Mobilität
Für die Entwicklung einer modernen Gesellschaft zählen die digitale Kommunikation und die Ermöglichung von weitestgehend uneingeschränkter Mobilität zu den Schlüsselfaktoren. Die Forschung befasst sich mit Kommunikationssystemen sowie mit der Beherrschung komplexer verteilter, mobiler und ubiquitärer Systeme. Dies wird ergänzt durch Kompetenzen im Bereich der Mobilität von Anwendungen und Daten sowie durchgängiger Entwurfstechniken von der Konzeptebene über die algorithmische und Architekturebene bis hin zur Realisierung in Soft- und Hardware.
Komplexe Informationssysteme
Der effiziente und intelligente Umgang mit hetero­genen Informationen ist wesentlich für Erstellung und Betrieb moderner Anwendungen. Informationen stammen aus einem weiten Spektrum an Quellen, wie operationalen Datenbanken, Sensoren und dem Internet. Basismethoden der Informationsintegration, -suche und -bereitstellung sind notwendig, um die benötigte Information in der richtigen Form, am rechten Ort und zur rechten Zeit zur Verfügung zu stellen. Mittels moderner Methoden des Metadatenmanagements und der Wissensverarbeitung zusammen mit flexiblen Virtualisierungstechniken sowie prozess- und servicebasierten Konzepten wird es dann möglich, komplexe Informationssysteme zu orchestrieren, die insbesondere in den interdisziplinären Forschungsbereichen von GSaME und SimTech gefragt sind.
Simulation Technology
Die numerische Simulation ist ein stark interdisziplinäres Fachgebiet, das Natur- und Ingenieurwissenschaften mehr und mehr durchdringt und in viele weitere Bereiche des täglichen Lebens Einzug erhält. Um die Ubiquität von Simulationen in Zukunft zu realisieren, ist es notwendig, robustere Methoden und Werkzeuge bereitzustellen und diese in leicht bedienbarer Form umzusetzen. Die Beiträge der Informatik liegen hier z. B. im Bereich der Entwicklung effizienter und hochparalleler Simulationsalgorithmen sowie der entsprechenden Softwareumgebungen, insbesondere zum Daten- und Berechnungsmanagement und zur interaktiven Datenanalyse und -visualisierung.
Sprach- und Wissensverarbeitung
Die automatische Verarbeitung menschlicher Sprache verwendet Methoden der Informatik, der Linguistik, der Mathematik und der Signalverarbeitung, um die sprachliche Mensch-System-Kommunikation und den Zugang zu Information und Wissen in immer größer werdenden elektronischen Daten- und Textsammlungen zu ermöglichen - insbesondere in den Bereichen Sprachsynthese, (semi)automatische Ressourcenerstellung, Parsing, semantische Verarbeitung, statistische Sprachverarbeitung, Informationsextraktion und Retrieval. Darauf aufbauend ist es notwendig, effektive Methoden des Metadaten-Managements, der Wissensextraktion, -strukturierung (Ontologien) und -verarbeitung bereitzustellen, um eine modellbasierte System- und Anwendungsentwicklung zu etablieren.
Zuverlässige und fehlertolerante Systeme
Immer größere Bereiche der Gesellschaft beruhen auf dem zuverlässigen Funktionieren informationstechnischer Anwendungen, die in sicherheitskritischen Systemen auch über Leben, Gesundheit und Wohlstand entscheiden. Der zuverlässige Betrieb komplexer technischer Systeme, beispielsweise im Automobilbereich, hängt unter anderem vom Zusammenspiel ihrer informationstechnischen Teile und deren Realisierung in Hard- und Software ab, für die Informatik, Elektrotechnik und Informationstechnik die wesentlichen Erkenntnisse bereitstellen. Die Fakultät erarbeitet ganzheitliche und systematische Methoden für korrekte, zuverlässige und fehlertolerante Systeme in enger interdisziplinärer Kooperation aller Zweige der Informatik, der Automatisierungstechnik, bis hin zu den Ingenieurwissenschaften.