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.
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Anwendersoftware
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.
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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.
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Computerlinguistik
Der Lehrstuhl für Grundlagen der Computerlinguistik widmet sich der Frage, mit welchen Formalismen sich die strukturellen und inhaltlichen Beziehungen zwischen linguistischen Einheiten modellieren lassen. Besonderes Augenmerk liegt dabei auf der Kombination von statistischen Techniken zur Extraktion von Wissen aus großen Datenmengen und linguistischem Knowhow. Im Umfeld "Digital Humanities" ist der Lehrstuhl aktiv an der Umsetzung des computerlinguistischen Forschungswissens in der textwissenschaftlichen Praxis beteiligt.
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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.
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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.
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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.
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Informationssicherheit
Die Forschung am Institut für Informationssicherheit befasst sich mit verschiedenen Themen in den Bereichen Security, Privacy und Kryptographie. Ziel ist die Entwicklung von praktisch relevanten Systemen, Anwendungen und Standards, die beweisbare Security- und Privacy-Eigenschaften mitbringen. Dazu werden unter anderem geeignete Modelle, Methoden und Werkzeuge für deren rigorose Analyse und Entwurf erforscht und eingesetzt.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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.
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Zuverlässige Softwaresysteme
Die Abteilung Zuverlässige Softwaresysteme beschäftigt sich mit Methoden, Sprachen und Werkzeugen zur ingenieursmäßigen Softwareentwicklung unter Berücksichtigung von Qualitätseigenschaften. Softwarequalität ist der Grad der Erfüllung der Qualitätseigenschaften einer Software jenseits der funktionalen Korrektheit, d. h. Durchführung, Zuverlässigkeit, Sicherheit, Wartung, Skalierbarkeit, Elastizität, Kosten- und Energieeffizienz etc. Unsere Methoden helfen Softwarearchitekten, -entwicklern und -anwendern Systeme effizient zu entwickeln, die ihre Qualitätsanforderungen erfüllen und sie während der Laufzeit zu überwachen und sicherzustellen.
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