Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Vom Gehirn zur Robotik: Algorithmen verarbeiten Sensordaten wie das Gehirn

25.09.2017

Mit 500 000 Euro unterstützt die Baden-Württemberg Stiftung Forscher der Universität Ulm bei der Entwicklung von neuro-morphen Algorithmen, die audio-visuelle Sensordaten nach dem Vorbild des menschlichen Gehirns verarbeiten sollen. Die Wissenschaftler möchten mit ihrem Projekt die neurobiologischen Funktionsweisen des Gehirns auf robotische und informationstechnische Systeme übertragen. Gefördert wird das dreijährige VA-MORPH-Projekt im Rahmen des neu eingerichteten Schwerpunktes „Neurorobotik“ der BW Stiftung.

Er hat tintenblaue Ohren, und mit seinen dunklen Kameraaugen, die seitlich auf dem rundlichen Aufbau montiert sind, sieht er recht possierlich aus. Auf einem fahrbaren Untersatz rollt der kleine Roboter den Ulmer Wissenschaftlern vorsichtig entgegen. Der NinjaTurtle, so sein Name, hilft den Neuroinformatikern und Kognitionsforschern dabei, spezielle Algorithmen zu testen, die der menschlichen Wahrnehmung und Kognition nachempfunden sind.


Der kleine Ninja Turtle Roboter nähert sich vorsichtig einem Wissenschaftler aus dem Projektteam

Foto: Elvira Eberhardt / Universität Ulm


Das Entwicklerteam der Universität Ulm mit ihrem Ninja Turtle Roboter (v.l.); Reihe hinten: Prof. Heiko Neumann mit Prof. Marc Ernst; Reihe vorne: Maximilian Löhr, Christian Jarvers und Timo Oess

Foto: Elvira Eberhardt / Universität Ulm

Damit wollen die Ulmer Forscher die Verarbeitung von visuellen und auditiven Sensordaten robuster, schneller und effizienter machen. Das Projekt ist Teil des "Neurorobotik"-Programms der Baden-Württemberg-Stiftung und wird mit 500 000 Euro unterstützt.

"Das menschliche Gehirn gehört noch immer zu den effektivsten Datenverarbeitungssystemen überhaupt. Vor allem bei der Auswertung von Sinneseindrücken arbeiten natürliche Nervensysteme hocheffektiv und sind vielen technischen Systemen überlegen", erklärt Professor Heiko Neumann. Der stellvertretende Leiter des Instituts für Neuroinformatik gehört wie Professor Marc Ernst, Leiter der Abteilung für Angewandte Kognitionspsychologie, zu den erfolgreichen Antragstellern.

Mit ihrem VA-MORPH Projekt möchten die Wissenschaftler neurobiologische Funktionen des Gehirns auf robotische und informationstechnische Systeme übertragen. Im Mittelpunkt steht dabei die Entwicklung sogenannter neuro-morpher Algorithmen, die sich in ihrer Struktur und Arbeitsweise am menschlichen Gehirn und seinen elementaren Bestandteilen, den Neuronen, orientieren. Ausgangspunkt ist dabei die Frage, wie visuelle und auditive Sensorströme verarbeitet, fusioniert und technisch genutzt werden können, beispielsweise für die räumliche Orientierung und Navigation.

Das Gehirn wählt nur diejenigen Informationen aus, die relevant sind

"Die menschliche Wahrnehmung ist nicht wie bei technischen Systemen getaktet, sondern arbeitet ereignisbasiert. Das heißt, relevant ist vor allem das, was sich über einen bestimmten Zeitraum hinweg verändert. Aus all den Informationen, die auf uns einströmen, wählt das Gehirn nur diejenigen aus, die "überlebensrelevant" sind und in der jeweiligen Situation einen Sinn ergeben", erklärt der Kognitionspsychologe Ernst.

Das laufe eben nicht wie bei einer herkömmlichen Kamera ab, wo die räumliche Umgebung über Einzelbilder erfasst wird. Der biologische Hörvorgang ist ebenso komplex und dabei nicht weniger "Daten-ökonomisch". Hierfür kombiniert das Gehirn sensorische Signale mit Erwartungen aus unterschiedlichen Erfahrungskontexten und verrechnet die Informationen zu einem multisensorischen Gesamteindruck.

"Die Integration dieser sensorischen Datenströme ist eine Meisterleistung des Gehirns. Wenn wir verstanden haben, wie das genau funktioniert, können wir versuchen, diese Funktionsweisen auf technische Systeme zur Sensordatenverarbeitung zu übertragen", fassen die Ulmer Forscher ihren wissenschaftlichen Auftrag zusammen. Gehirninspirierte Hard- und Software sind heute aus dem Cognitive Computing, der Neurorobotik und der Künstlichen Intelligenz nicht mehr wegzudenken.

Zur Generierung der neuro-morphen Algorithmen haben die Ulmer Wissenschaftler biologisch plausible Lernverfahren entwickelt, mit deren Hilfe die "relevanten" Informationen aus der Gesamtheit der sensorischen Daten herausgefiltert werden können. Jetzt wollen Neumann und Ernst mit ihren Doktoranden Christian Jarvers, Maximilian Löhr und Timo Oess herausfinden, wie praxistauglich und leistungsfähig die nach menschlichem Vorbild geschaffenen Algorithmen sind.

Dafür werden sie auf der Roboterplattform implementiert und zunächst an einfachen Orientierungsaufgaben getestet. "Diesen Job hat nun der kleine Ninjabot: Ohne sich durch Nebengeräusche und Sichthindernisse irritieren oder ablenken zu lassen, soll er bestimmte visuelle und akustische `Landmarken´ aufsuchen und einsammeln", erläutern die wissenschaftlichen Mitarbeiter Löhr und Oess.

Zum Einsatz kommen Rechner mit gehirninspirierter Hardware

Um die Algorithmen zu realisieren, kommen ganz besondere Rechnerarchitekturen zum Einsatz. Bei dieser sogenannten gehirninspirierten Hardware sind Prozessor und Speicher nicht getrennt, wie dies bei herkömmlichen Rechnern der Fall ist. Vielmehr arbeiten diese vereint wie Neuronen und ihre synaptischen Verbindungen im Gehirn. Damit lassen sich die Daten wesentlich schneller und effizienter verarbeiten.

"Dank unserer Kooperationspartner haben wir Zugriff auf eine wissenschaftliche Ausstattung, die für Universitäten wohl einzigartig ist", freut sich das Ulmer Projektteam. Über den Technologiekonzern IBM Research Almaden (USA) stehen neuro-morphe Chip-Architekturen aus dem Bereich Brain-Inspired Computing zur Verfügung. Außerdem können die Wissenschaftler auf eine Hardware-Plattform aus dem EU-geförderten Human Brain Projekt zurückgreifen und über die Firma IniLabs zudem auf spezielle neuro-morphe Sensoren.

Wenn alles gut geht, wird sich der kleine Roboter NinjaTurtle unbehelligt von Störgeräuschen auch bei schwierigen Sichtverhältnissen seinen Weg zielstrebig durch das Labor bahnen, und dabei nur einen Bruchteil an Rechenkapazitäten und Speicherplatz verbrauchen wie herkömmliche Rechnerarchitekturen. Denn vom Gehirn lernen lohnt sich, glauben die Ulmer!

Weitere Informationen:

Prof. Heiko Neumann, Institut für Neuroinformatik, Tel.: 0731 / 50 24158, E-Mail: heiko.neumann@uni-ulm.de;
Prof. Marc Ernst, Abteilung für Angewandte Kognitionspsychologie, Tel.: 0731 / 50 32050, E-Mail: marc.ernst@uni-ulm.de;

Text und Medienkontakt: Andrea Weber-Tuckermann

Das "Neurorobotik"-Programm der Baden-Württemberg Stiftung

Die Neurorobotik ist ein interdisziplinäres Themenfeld, das die Disziplinen Neurowissenschaften, Robotik und Informatik vereint. Unter Neurorobotik versteht man technische Systeme, welche sich Funktionsweise von Neuronen (Nervenzellen) und des Nervensystems als Ganzes zunutze machen und solche technischen Systeme, welche mit dem Nervensystem interagieren. Mit ihrem Forschungsprogramm Neurorobotik möchte die Baden-Württemberg Stiftung der zunehmenden Bedeutung der Neurotechnologie, des Neuronal Computing und der neuronal inspirierten Robotik gerecht werden. Für das Programm stehen der Baden-Württemberg Stiftung 4 Mio. Euro zur Verfügung.

Weitere Informationen:

http://www.uni-ulm.de/in/fakultaet/in-detailseiten/news-detail/article/vom-gehir...
https://www.bwstiftung.de/neurorobotik/

Andrea Weber-Tuckermann | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Informationstechnologie:

nachricht Analyse komplexer Biosysteme mittels High-Performance-Computing
13.12.2017 | Institut für Bioprozess- und Analysenmesstechnik e.V.

nachricht Roboter-Navigation über die Cloud
11.12.2017 | Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Informationstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Lange Speicherung photonischer Quantenbits für globale Teleportation

Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik erreichen mit neuer Speichertechnik für photonische Quantenbits Kohärenzzeiten, welche die weltweite...

Im Focus: Long-lived storage of a photonic qubit for worldwide teleportation

MPQ scientists achieve long storage times for photonic quantum bits which break the lower bound for direct teleportation in a global quantum network.

Concerning the development of quantum memories for the realization of global quantum networks, scientists of the Quantum Dynamics Division led by Professor...

Im Focus: Electromagnetic water cloak eliminates drag and wake

Detailed calculations show water cloaks are feasible with today's technology

Researchers have developed a water cloaking concept based on electromagnetic forces that could eliminate an object's wake, greatly reducing its drag while...

Im Focus: Neue Einblicke in die Materie: Hochdruckforschung in Kombination mit NMR-Spektroskopie

Forschern der Universität Bayreuth und des Karlsruhe Institute of Technology (KIT) ist es erstmals gelungen, die magnetische Kernresonanzspektroskopie (NMR) in Experimenten anzuwenden, bei denen Materialproben unter sehr hohen Drücken – ähnlich denen im unteren Erdmantel – analysiert werden. Das in der Zeitschrift Science Advances vorgestellte Verfahren verspricht neue Erkenntnisse über Elementarteilchen, die sich unter hohen Drücken oft anders verhalten als unter Normalbedingungen. Es wird voraussichtlich technologische Innovationen fördern, aber auch neue Einblicke in das Erdinnere und die Erdgeschichte, insbesondere die Bedingungen für die Entstehung von Leben, ermöglichen.

Diamanten setzen Materie unter Hochdruck

Im Focus: Scientists channel graphene to understand filtration and ion transport into cells

Tiny pores at a cell's entryway act as miniature bouncers, letting in some electrically charged atoms--ions--but blocking others. Operating as exquisitely sensitive filters, these "ion channels" play a critical role in biological functions such as muscle contraction and the firing of brain cells.

To rapidly transport the right ions through the cell membrane, the tiny channels rely on a complex interplay between the ions and surrounding molecules,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Materialinnovationen 2018 – Werkstoff- und Materialforschungskonferenz des BMBF

13.12.2017 | Veranstaltungen

Innovativer Wasserbau im 21. Jahrhundert

13.12.2017 | Veranstaltungen

Innovative Strategien zur Bekämpfung von parasitären Würmern

08.12.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Rest-Spannung trotz Megabeben

13.12.2017 | Geowissenschaften

Computermodell weist den Weg zu effektiven Kombinationstherapien bei Darmkrebs

13.12.2017 | Medizin Gesundheit

Winzige Weltenbummler: In Arktis und Antarktis leben die gleichen Bakterien

13.12.2017 | Geowissenschaften