Ein studentisches Forschungsteam der Universität Bielefeld entwickelte eine neuartige Behandlungsmethode zur Bekämpfung von Krebs und nahm damit im November am größten internationalen Wettbewerb der synthetischen Biologie teil. Mit ihrem Projekt sind die Bielefelder Bachelor- und Masterstudierenden zusammen mit mehr als 400 internationalen Teams beim Grand Jamboree des international Genetically Engineered Machine (kurz: iGEM) Wettbewerbs in Paris angetreten. Die Jury zeichnete das Bielefelder ASTERISK*-Projekt mit einer Goldmedaille aus.

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Making the interaction with A.I. and future intelligent systems truly human-compatible – this is and always has been the mission of the Center for Cognitive Interaction Technology (CITEC).

Now CITEC has taken on a new research profile and organizational structure. The responsibility of coordinating CITEC has been handed over to Philipp Cimiano, as speaker, and Stefan Kopp, as co-speaker. Holding on to CITEC’s established interdisciplinary infrastructure and research values, they aim to adapt to the advances of the rapidly growing field of Artificial Intelligence and the resulting societal impacts.

CITEC’s overarching research topic ‘Human-Aware Cognitive Systems in Open Worlds’ is approached through interdisciplinary collaboration and projects in five core research areas, namely, ‘Learning in Interaction’, ‘Multimodal Cognition and Communication’, ‘Socially Intelligent Agents’, ‘Trustworthy and Sustainable AI’ and ‘Embodied Cooperative Systems’.

Philipp Cimiano puts this mission in a nutshell:  „The future cognitive and AI systems that we envision will be trustworthy and reliable partners. Beyond being limited to perform narrow tasks in pre-defined environments, they will be able to adapt to changing environments, user contexts and humans needs. For this we need to equip them with the ability to understand and recognize human needs, requirements of a situation and translate this understanding into corresponding actions. Developing the foundations for this vision is our mission.”

This strategical reorientation is also made visible in the renewed website at cit-ec.de. CITEC has transformed the application-oriented part of its research agenda into Innovation Labs that represent different application fields. Therefore, CoR-Lab – which has been an own 16-year-old success story in the cooperation between industry and academics – joins forces with CITEC in a first Innovation Lab on human-centered automation for sustainable workplaces. As a second Innovation Lab, the COSY@Home-Lab was founded, incorporating long-standing activities in home assistance systems and home robotics. Philipp Cimiano already sees further application fields for cognitive interaction technology: “Our innovation labs will enable us to translate our fundamental research results into areas where they can unfold impact at industrial and societal level. A key application field for CITEC will be the development of assistive systems in the medical field, supporting both patients as well as medical and care personnel.” Thus, CITEC proceeds to new horizons and new frontiers in research as well as application fields.

CITEC was established in 2007 as part of the Excellence Initiative funded by the Federal and State Governments and, since 2020, it has been continued as a central academic institute of Bielefeld University. For more than a decade, CITEC has been an international hallmark of research, exploring the underlying technical and biological foundations of how agents cognitively interact with their environment and with other agents. From the very beginning, this has been an interdisciplinary endeavor, yielding many-faceted findings, such as understanding the control of eye movements even in blind performances in tasks like speed stacking, or developing physical training methods that consider the memory structure of individual trainees. Further research topics include the investigation of the adaptive control mechanisms of walking stick insects, the impacts of gender on human attribution to humanoid robot heads or understanding tactile grasping strategies of human and robotic hands, to name a few.

It is only through the close cooperation of computer science, artificial intelligence, cognitive science, linguistics, psychology, biology, and mathematics that such a variety of results in such different application fields has been possible. Helge Ritter as the former speaker and coordinator of the Cluster of Excellence, together with Britta Wrede as a former co-speaker, have been warrantors of this successful interdisciplinary approach for many years. Now, there are new interdisciplinary challenges ahead.

Das Projekt Hybrid-Living „Mensch-Roboter-Kollaboration in der Küche der Zukunft“ ist mit einem Kick-off-Workshop gestartet.

Künstliche Intelligenz (KI) ist in unserer Gesellschaft allgegenwärtig. Mit einer Kick-off-Veranstaltung in der Zukunftsmeile 2 der Universität Paderborn fiel im März der offizielle Startschuss für das Forschungsnetzwerk SAIL, in dem Wissenschaftler*innen Grundlagen für eine nachhaltige Gestaltung von KI-Komponenten entwickeln. „Wir sind stolz darauf, Teil eines so großen und vielversprechenden Projekts zu sein. SAIL ist ein gutes Beispiel für die gelungene und erfolgreiche Zusammenarbeit im Campus OWL. Es bestätigt die herausragende Forschung, die wir im Bereich der künstlichen Intelligenz leisten“, so Prof. Dr. Johannes Blömer, Vizepräsident für Forschung und wissenschaftlichen Nachwuchs der Universität Paderborn.

Rund 90 Wissenschaftler*innen gehören dem auf vier Jahre angelegten Verbundprojekt an, das die nordrhein-westfälische Landesregierung mit bis zu 14,8 Millionen Euro fördert. Sie erforschen, wie KI-Systeme über einen langen Produktlebenszyklus nachhaltig, transparent, sicher und ressourcensparend arbeiten können. In dem interdisziplinären Netzwerk kooperieren die Universität Paderborn, die Universität Bielefeld, die Hochschule Bielefeld (HSBI) sowie die Technische Hochschule Ostwestfalen-Lippe (TH OWL). SAIL steht für „SustAInable Life-cycle of Intelligent Socio-Technical Systems“ (dt.: Nachhaltiger Lebenszyklus intelligenter soziotechnischer Systeme). „ChatGPT hat eine breite Diskussion über künstliche Intelligenz ausgelöst. KI erhält eine immer größer werdende Relevanz, erfordert dabei jedoch auch eine hohe Sensibilität im Umgang mit ihr. SAIL steht als Erfolg für eine vertrauensvolle Zusammenarbeit, um die Entwicklung von KI unter den gesellschaftlichen Anforderungen weiter voranzutreiben“, lobt Professorin Dr. Angelika Epple, Prorektorin für Forschung und Internationales der Universität Bielefeld, die Kooperation der Verbundpartner*innen. 

Menschliche Selbstbestimmung erhalten

Ziel des Netzwerks ist es, Grundlagen für eine nachhaltige Gestaltung von KI-Komponenten zu entwickeln und dabei zugleich die menschliche Selbstbestimmung zu erhalten. „KI verändert fast alle Aspekte des menschlichen Lebens. Sie beeinflusst nicht nur das individuelle menschliche Verhalten, sondern auch gesellschaftliche Normen und Strukturen. Aktuell stehen wir jedoch vor Herausforderungen wie fehlerhaften Systemen, erschöpften Ressourcen und kognitiven Belastungen“, erläutert die Koordinatorin des Forschungsnetzwerks Profesorin Dr. Barbara Hammer von der Universität Bielefeld. Stellvertretender Koordinator ist Professor Dr. Axel-Cyrille Ngonga Ngomo vom Institut für Informatik der Universität Paderborn.

© Universität Paderborn: Tanja Dittmann

Die Mitglieder des Forschungsnetzwerks SAIL freuen sich über den Projektstart.

Einblicke in die interdisziplinäre Forschung

Um den gesellschaftlichen, kognitiven und technischen Anforderungen der Systeme zu entsprechen, ist das Netzwerk interdisziplinär aufgestellt. Wissenschaftler*innen aus den Bereichen Informatik, Ingenieur-, Geistes- und Sozialwissenschaften gaben bei der Kick-off-Veranstaltung in kurzen Vorträgen Einblicke in die vielfältige Forschung.

Jun.-Prof. Dr. Sebastian Peitz vom Institut für Informatik der Universität Paderborn referierte über die Simulationen von komplexen physikalischen Systemen und wie sich diese durch die Methode des bestärkenden Lernens effizient kontrollieren lassen. „Das Ausnutzen von Systemwissen sowie eine darauf basierende, kluge Auswahl der Trainingsdaten reduzieren die Lernphase der KI sowie die rechnerische Komplexität deutlich“, so Peitz.

In dem Vortrag von Prof’in Dr. Sina Zarrieß von der Universität Bielefeld ging es um den sprachlichen Stil der Mensch-KI-Kommunikation. Prof. Dr.-Ing. Martin Kohlhase von der Hochschule Bielefeld sprach über nachhaltige KI aus Sicht der industriellen Anwendung und Prof’in Dr. Hanna Drimalla von der Universität Bielefeld erläuterte ihre Forschung, die sich damit beschäftigt, durch eine KI nonverbale Stressindikatoren zu erkennen.

Prof’in Dr. rer. nat. Helene Dörksen von der TH OWL forscht an einem KI-Verfahren zur Geschlechtsbestimmung von Hühnerembryonen, bei dem durch einen Laser geschlechtsspezifische Substanzen noch im Ei anfangen zu leuchten. Eine KI verarbeitet die daraus resultierenden Daten und kann dadurch das Geschlecht bestimmen.  

Im Vortrag von Jun.-Prof’in Dr. Ilona Horwath von der Universität Paderborn ging es um Prozesse der sozialen Inklusion und Exklusion in hybriden Kontexten. Die Wissenschaftlerin beschäftigt sich unter anderem mit der Frage, wie gesellschaftliche Einrichtungen KI fair und vertrauenswürdig implementieren und nutzen können.

In einer Keynote sprach Dr. Thomas Bürger vom Unternehmen Weidmüller Interface GmbH & Co. KG über den Transfer der KI-Forschung in die Industrie, um Daten für die Wertschöpfung zu nutzen. 

Weitere Informationen gibt es auf der Webseite des Forschungsnetzwerks

Ob Smart Home, Musik- und Videostreaming, Navigation oder Gesichtserkennung: Künstliche Intelligenz (KI) wirkt vielfach in den Alltag hinein. Doch wie transparent sind KI-Systeme und wie werden Unternehmen kontrolliert, die sie produzieren? Damit befasst sich Professorin Dr. Joanna Bryson von der Hertie School in Berlin. Einblicke in ihre Forschung dazu gibt die Expertin für Ethik und Technologie am kommenden Donnerstag, 20. April, ab 16 Uhr, in einem hybriden Vortrag via Zoom und in Präsenz im CITEC-Gebäude der Universität Bielefeld (Raum 1.204). Die Veranstaltung gehört zu der Reihe „Co-Constructing Intelligence“ (Ko-Konstruktion von Intelligenz), einem Angebot der Universitäten Bielefeld, Bremen und Paderborn. Die Teilnahme an dem englischen Vortrag ist kostenlos. Eine Anmeldung ist nicht erforderlich.

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https://aktuell.uni-bielefeld.de/2023/04/17/wer-von-den-moeglichkeiten-profitiert-die-ki-bietet/

Wenn sich Menschen einander etwas erklären, beobachten sie oft die Signale von Unverständnis bei ihrem Gegenüber, um ihre Erklärung gegebenenfalls anzupassen. Dieses Verfahren wollen Wissenschaftler*innen in einem neuen Teilprojekt des Transregio-Sonderforschungsbereichs „Erklärbarkeit konstruieren“ (TRR 318) auch in Maschinen ermöglichen. Doch in der Interaktion von Mensch und Maschine birgt der Ansatz Tücken. Kristina Nienhaus stellt drei Fragen an die Projektleiterin Junior-Professorin Dr. Hanna Drimalla von der Technischen Fakultät der Universität Bielefeld.

Hier geht es zum vollständigen Artikel im Aktuell-Blog: https://aktuell.uni-bielefeld.de/2023/01/25/erklaeren-ist-immer-eine-zweiseitige-sache/

© Universität Bielefeld/CITEC

Das RoboCup-Team des Exzellenzclusters CITEC und der Technischen Fakultät der Universität Bielefeld hat sich in der Haushaltsliga der RoboCup German Open in Magdeburg durchgesetzt und sich in dem Wettbewerb erstmals den ersten Platz gesichert. Das „Team of Bielefeld“ (ToBI) trat in diesem Jahr mit dem neuen Serviceroboter TIAGo an. Neun Teams starteten in der RoboCup@Home-Liga. Sie kamen aus Deutschland, den Niederlanden, Mexiko, Frankreich und Indien.

Die Universität Bielefeld präsentiert sich auf der Hannover Messe 2019 vom 1. bis 5. April mit dem Forschungsinstitut für Kognition und Robotik (CoR-Lab) und dem Exzellenzcluster Kognitive Interaktionstechnologie (CITEC). Die Forschenden stellen Plattformen und Anwendungen für maschinelles Lernen vor. Ein Beispiel ist ein neues Verfahren für die schnelle Anpassung von Handprothesen. Das System ermöglicht auch dann eine einwandfreie Steuerung einer Handprothese, wenn sich die Messelektroden auf der Haut verschoben haben. Das System ist eine von vier Präsentationen der Universität, zu denen auch ein neues Startup-Unternehmen von CITEC-Forschenden gehört. 

EU-Forschungsprojekt „Simba“ untersucht Mikrobiome

Wie können Kleinstlebewesen dazu dienen, in Zukunft die Nahrungsproduktion zu sichern? Das untersucht das EU-Forschungsprojekt „Simba“. Zu den 23 Projektpartnern aus elf Ländern gehört das Centrum für Biotechnologie (CeBiTec) der Universität Bielefeld. „Wir befassen uns mit Mikrobiomen – das sind Gemeinschaften von Kleinstlebewesen wie Bakterien und Pilze“, sagt Dr. Alexander Sczyrba, Leiter einer CeBiTec-Forschungsgruppe und zuständig für ein Simba-Teilprojekt.

Foto: Universität Bielefeld

„Mikrobiome gibt es überall auf der Welt – in Äckern, Biogasanlagen, Aquafarmen oder auch im Magen-Darm-Trakt von Menschen. In diesen Gemeinschaften arbeiten Mikroben gewissermaßen zusammen und sorgen für besondere Effekte, die wir uns zunutze machen wollen.“ So können Bakterien-Gemeinschaften in Böden Nährstoffe für Pflanzen zugänglich machen, sodass Weizen, Kartoffeln oder Tomaten besser gedeihen. Auch können sie die Pflanzen vor krankmachenden Mikroorganismen schützen. In Biogasanlagen zersetzen Mikrobiome Gülle oder nachwachsende Rohstoffe so, dass der Biokraftstoff Methan entsteht. Die Darmflora – das Mikrobiom im Magen-Darm-Trakt – schützt je nach Zusammensetzung vor Krankheiten und Vergiftungen.

Suche nach nützlichen Genen

Alexander Sczyrba ist Spezialist für die bioinformatische Auswertung von Metagenomen. Das Genom ist das gesamte Erbgut eines Lebewesens, ein Metagenom enthält die DNA-Information aller Organismen eines Mikrobioms. „Wir haben es also nicht mit den Daten des Erbguts von einem Bakterium zu tun, das wäre ein Genom. Vielmehr arbeiten wir mit einer Kette von DNA-Daten tausender Mikroben, die in einer Probe vorkommen“, sagt Sczyrba.

Im Labor wird dafür zum Beispiel die DNA der Mikroorganismen in einem Sequenziergerät untersucht, die in besonders fruchtbaren Kartoffeläckern gefunden werden. Das Gerät entschlüsselt die DNA-Basen, das sind die vier „Buchstaben“, mit denen der Bauplan der Mikroben im Erbgut kodiert ist. Heraus kommen mehrere hundert Millionen Sequenzen. „Diese Teilstücke müssen nun in die richtigen Reihenfolge gebracht werden“, erklärt Sczyrba. Er beschreibt die Sequenzen wie Stücke eines Bindfadens, auf dem Buchstaben notiert sind. „Mit unseren Methoden schaffen wir es, zurückzuverfolgen, wie die Teile miteinander verbunden waren. So bekommen wir eine Abfolge von Daten, die nicht nur das Erbgut einer Mikrobe, sondern idealerweise aller Mikroben aus der Probe darstellt.“ Im nächsten Schritt rechnen die Forschenden heraus, wo auf dem „Faden“ die Gen-Informationen eines einzelnen Bakteriums beginnen und wo sie aufhören. „Danach bestimmen wir, welche Funktion das jeweilige Bakterium in seinem Mikrobiom hat.“ So gibt es Aquafarmen mit Bakterien, die das giftige Ammoniak aus dem Fischkot in Nitrit umwandeln können. Eine andere Sorte Bakterien wandelt den Stoff wiederum in unschädliches Nitrat um. „Mit einem Abstrich von der Haut des Fisches können wir ermitteln, welche Gene im Erbgut der Bakterien zu diesem positiven Effekt führen.“ Nicht nur die Wasserqualität, auch die Verdauung der Fische lässt sich mit Mikrobiomen verbessern. So könnten Mikrobiome aus dem Verdauungstrakt von Fischen, die ihre Nahrung besonders gut verwerten, auf Artgenossen übertragen werden.

Außerdem analysieren die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, welche Partnerschaften von Mikroorganismen zusammenhängen, welche Genome also immer zusammen vorkommen.

Anwendung in Nahrungsproduktion

Für die Analysen müssen die Forschenden nur in wenigen Fällen neue Proben beschaffen. „In der Biologie ist es seit mehr als 30 Jahren üblich, genetische Informationen über Datenbanken frei verfügbar zu machen. Es gibt somit schon Unmengen von Daten zu Mikrobiomen, die wir verwenden können“, sagt Sczyrba.

Das Simba-Projekt soll als Ergebnis ebenfalls eine öffentlich zugängliche Datenbank liefern. Sie enthält die Daten von Mikrobiomen, die nützliche Funktionen in der Nahrungsproduktion bieten. Mit den Informationen aus dieser Übersicht könnten Agarunternehmen zum Beispiel einen Bakterien-Mix entwickeln, mit dem Ackerböden geimpft werden können. Durch den Klimawandel drohen Ackerböden zu versalzen. Bakterien könnten etwa Weizen und anderen Anbaupflanzen helfen, mit Salzböden zurechtzukommen. Auch Lebensmittelhersteller könnten die Forschungsergebnisse nutzen und zum Beispiel Drinks mit Bakterien-Gruppen herstellen, die als Teil der Darmflora Vitamine oder ungesättigte Fettsäuren produzieren.

Rechner-Cloud für die Analysen

Am CeBiTec arbeitet Sczyrbas Forschungsgruppe für Simba mit der Gruppe von Professor Dr. Alfred Pühler zusammen. Während Sczyrba und sein Team die bioinformatische Analyse von Metagenomen beherrschen, kennt sich Pühlers Gruppe vor allem damit aus, wie sich Mikroorganismen industriell einsetzen lassen. So sind Pühler und sein Mitarbeiter Dr. Andreas Schlüter an Projekten beteiligt, um optimale Mikrobiome für Biogasanlagen zu identifizieren.

Für ihre Berechnungen nutzen die Bielefelder Forschenden die „de.NBI-Cloud“ – ein System aus Hochleistungsrechnern mit mehr als 16.000 Prozessoren und Analysesoftware für genetische Daten. Die Universität Bielefeld ist einer von sechs Standorten, die die Cloud betreiben. Verantwortlich für die Cloud ist das Deutsche Netzwerk für Bioinformatik-Infrastruktur (de.NBI), das seit 2015 am CeBiTec koordiniert wird. Das CeBiTec, gegründet 1998, gehört mit seinen rund 150 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern zu den größten zentralen wissenschaftlichen Einrichtungen der Universität Bielefeld. „Eine Besonderheit des CeBiTec ist, dass hier Bioinformatik und molekularer Biotechnologie miteinander verzahnt sind“, sagt Sczyrba. „Wir haben sowohl die Expertise, Big Data aus der Biologie auszuwerten, als auch mit den Erkenntnisse Mikroorganismen und Biomoleküle für die Industrie zu entwickeln.“

Die Europäische Kommission fördert Simba für vier Jahre bis Oktober 2022 als Teil des Forschungsrahmenprogramms Horizont 2020. Simba steht für „Sustainable Innovation of Microbiome Applications in the Food System“ (Nachhaltige Innovationen von Mikrobiom-Anwendungen im Nahrungssystem). Die 23 Forschungs- und Industriepartner kommen unter anderem aus Norwegen, Finnland, Italien und Irland. Das Finnische Institut für natürliche Ressourcen (Luke) koordiniert das Projekt. Simba wird mit insgesamt zehn Millionen Euro gefördert, 600.000 Euro gehen an die Universität Bielefeld.