Maschinen das Denken lehren

Ein Mensch verliebt sich in einen intelligenten humanoiden Roboter. Science-Fiction-Filme wie »Ex Machina« zeigen Szenarien, die gegenwärtig wie Zukunftsmusik klingen. Doch im Zuge der digitalen Revolution ist die Informations- und Kommunikationstechnologie aktiv an nahezu jeder Facette des modernen Lebens beteiligt – von der automatischen Steuerung der Haustechnik, Automobilen und Flugzeugen über eine semi-autonome Kontrolle von Kraftwerken, Energie- und Verkehrsnetzen bis hin zur Medizin- sowie Rehabilitationstechnik und Assistenzsystemen. Bereits heute bauen Menschen emotionale Beziehungen beispielsweise zu Sprachassistenten auf oder zu Roboter-Robben in der Pflege.

An der BTU gibt es eine ganze Bandbreite von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern, die anwendungsorientierte und Grundlagenforschung auf dem Gebiet der Kognitiven Systeme betreiben. In zahlreichen Projekten erforschen sie, wie sie Maschinen das Wahrnehmen, Verstehen, Denken und Handeln lehren können. Gemeinsam mit Forschern aus Südkorea, Finnland, den USA, Niederlanden, Italien, Großbritannien, Irland und Österreich entwickeln sie kognitive Systeme mit Sozialkompetenz und konstruktionsbedingter Vertrauenswürdigkeit.

Im Rahmen ihrer Forschungen entwerfen und implementieren die Wissenschaftler integrierte, mathematische Modelle für menschliche Fähigkeiten. Basierend auf diesen Erkenntnissen konstruieren sie Maschinen, die Objekte und ihre Beziehungen in unterschiedlichen Situationen zueinander erkennen und so zielgerichtet handeln können, beispielsweise in der Produktion. »Die Anpassungsfähigkeit ist dabei der entscheidende Punkt. Wenn beispielsweise Mensch und Maschine gemeinsam arbeiten, muss die Maschine verstehen, was der Mensch von ihr will. Daran arbeiten wir. Die Quantenkognition – die Verbindung mathematischer Beschreibungen der Quantenphysik mit den Ansätzen der Ingenieurwissenschaften und der Psychologie – ist eine Möglichkeit, mit deren Hilfe Forscher unseres Forschungsclusters Kognitive Systeme die Fähigkeit zum produktiven Denken höher entwickelter Organismen nachbilden können«, fasst Matthias Wolff, Lehrstuhlleiter Kommunikationstechnik, zusammen.

Da die Aufgaben kognitiver Systeme immer komplexer werden, wird auch der Informationsaustausch zwischen Mensch und Maschine um fassender. »Beispiele sind humanoide Roboter und virtuelle Agenten, die menschliches Verhalten interpretieren und darauf über ihre Stimme und Körpersprache reagieren. Damit bilden sie das menschliche Fühlen empathisch nach«, so der Leiter des Lehrstuhls Graphische Systeme Douglas W. Cunningham. Ein Ziel der Wissenschaftler ist es, virtuelle Agenten mit sozialen Fähigkeiten zu entwickeln. Mit Hilfe von Erkenntnissen der Kognitiven Psychologie stellen sie Verbindungen zwischen mentalen Zuständen und dem Verhalten her. So können sie angemessene nonverbale Signale entwickeln, die mentale Zustände vermitteln – das reicht von Stimmungen, Emotionen bis hin zu Persönlichkeitseigenschaften. »Diese Modelle implementieren wir in unsere virtuellen Agenten, evaluieren und verfeinern sie«, so Cunningham. »Wichtig ist, dass kognitive Systeme neben der Sozialkompetenz auch Vertrauenswürdigkeit aufweisen. Denn Vertrauenswürdigkeit hat einen hohen gesellschaftlichen Stellenwert«, beschreibt Matthias Wolff. Im Mittelpunkt der Forschung in Kooperation mit dem IHP – Leibniz-Institut für innovative Mikroelektronik stehen daher auch zuverlässige, sichere Systeme, die unter anderem verlässlich auf Cyberangri©e reagieren. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Forschungsclusters Kognitive Systeme arbeiten an intelligenten, sozialen Maschinen und entwerfen im Gegensatz zu Filmen wie »Ex Machina« positive Zukunftsszenarien.

Das BTU-Forschungscluster Kognitive Systeme hat sich im Jahr 2015 zusammengeschlossen. Acht Professorinnen und Professoren aus den Bereichen Mathematik, Informatik, Elektrotechnik und Technikphilosophie arbeiten daran, technische Systeme zu entwickeln, die Fähigkeiten zum Wahrnehmen, Verstehen, Denken und Handeln besitzen.

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