Superrechner Noctua eingeweiht
12 Millionen Euro für die Erforschung photonisch-elektronischer Signalverarbeitung
Wie Siri und Alexa doch noch so klug werden, wie wir denken
Gestaltung von flexiblen Arbeitswelten
Klartext für Katastrophenhilfe, THW und Feuerwehren
Paderborner Informatiker entwickeln superschnellen Chip
Krypto-Assistent für Software-Entwickler
Doppelter Erfolg: Zwei NRW-Forschungskollegs
Alexa, Siri und Co. auch für Nicht-Weltsprachen
Superrechner Noctua eingeweiht
Beste Voraussetzungen für erfolgreiche Forschung
Im September 2018 wurde der neue Superrechner „Noctua“ an der Universität Paderborn eingeweiht. Der Hochleistungsrechner, der zu den zehn leistungsstärksten universitären Installationen in Deutschland gehört, leitet eine neue Ära ein: 2019 fällt auch der Startschuss für ein neues Rechenzentrum, für das 25,4 Millionen Euro bereitstehen, allein zehn Millionen Euro davon für „Noctua“.
„Dies ist ein besonderer, identitätsstiftender Tag für die Universität“, sagte Prof. Dr. Johannes Blömer, Vizepräsident für Forschung und wissenschaftlichen Nachwuchs. Der Rechner liefere nun die nötige Rechenleistung für Forscher*innen in ganz Ostwestfalen-Lippe und für hochkomplexe Simulationen.
Begeistert zeigte sich auch Frank Klapper, Dezernent für Informationsmanagement und Hochschulentwicklung der Universität Bielefeld und Sprecher von „Digitale Hochschulen“: „Hier bei Ihnen gibt es die größte Expertise. Paderborn brennt einfach für das Thema“. Mehr im Video:
12 Millionen Euro für die Erforschung photonisch-elektronischer Signalverarbeitung
Neues Schwerpunktprogramm der DFG
Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) hat mit „Integrierte Elektronisch-Photonische Systeme für die ultrabreitbandige Signalverarbeitung“ ein neues Schwerpunktprogramm (SPP) eingerichtet, das von der Universität Paderborn koordiniert wird. Das SPP, geleitet von Prof. Dr.-Ing. Christoph Scheytt vom Heinz Nixdorf Institut, hat ein Gesamtbudget von zwölf Millionen Euro und eine Laufzeit von sechs Jahren. Ziel ist es, grundlegende Grenzen der elektronischen Signalverarbeitung und elektronischer Mikrochips durch die Kombination von elektronischer und optischer Signalverarbeitung zu überwinden. Dabei sollen u.a. neueste nanoelektronische bzw. nanophotonische Halbleitertechnologien zum Einsatz kommen.
„Rein elektronische Signalverarbeitung arbeitet auf Basis von Transistoren, deren Geschwindigkeit und Eigenrauschen in der Vergangenheit immer weiter verbessert werden konnten, aber jetzt aus physikalischen Gründen kaum mehr steigerbar sind“, erklärt Scheytt. „Es soll durch die Entwicklung von hochintegrierten photonisch-elektronischen Chips in fortschrittlichen Halbleitertechnologien auch gezeigt werden, dass wesentlich schnellere, energieeffizientere und rauschärmere Systeme realisiert werden können“.
Die höhere Leistungsfähigkeit der neuartigen photonisch-elektronischen Systeme und Algorithmen ermögliche eine bessere Energieeffizienz von informationsverarbeitenden Systemen, wodurch Umwelt und Klima weniger belastet werden. Scheytt erläutert weiter: „Darüber hinaus ermöglichen die Schaltungen auch sehr kleine und kostengünstige Hardware-Realisierungen, was ganz neue Anwendungen z. B. für die Diagnostik in der Medizintechnik, autonome Fahrzeuge und das Internet der Dinge ermöglicht.“
Wie Siri und Alexa doch noch so klug werden, wie wir denken
DFG-Forschungsprojekt zu automatischer Spracherkennung
Wie Siri und Co. sprechen gelernt haben und warum sie doch (noch) nicht alles verstehen, weiß Prof. Dr. Reinhold Häb-Umbach vom Fachgebiet Nachrichtentechnik der Universität Paderborn. Im Rahmen eines DFG-Projekts hat er ein Verfahren entwickelt, um neben anderen Störgeräuschen auch den Halleffekt in der Signalübertragung auf ein Minimum zu reduzieren. Mit dieser Methode können jetzt auch verschiedene Sprecher erfasst und ein Gespräch simultan verschriftlicht werden.
Während der Mensch sein Gegenüber in der Regel auch unter schwierigen akustischen Bedingungen versteht, indem er sich konzentriert und Umgebungsgeräusche weitestgehend ausblendet, können Befehle wie „Alexa, stell den Wecker“ zu einer Bestellung beim Bäcker führen. Um solche Fehler zu vermeiden, müssen Störgeräusche und Hall eliminiert werden. „Störfilter für Rauschen gibt es inzwischen schon in jedem Handy. Für Hall gab es bislang allerdings keine geeigneten Tools. Das Problem wird konkret, wenn Mikrofone in größerem Abstand zum Sprecher stehen“, erklärt er. „Dieser Hall verwirrt den Spracherkenner. Man kann ihn eliminieren, indem das System aus Trainingsdaten lernt, wie man vom verhallten Signal auf das unverhallte Signal zurückrechnet“.
Schwieriger wird es im Fall der sog. „blinden Quellentrennung“: Sobald mehrere Personen gleichzeitig reden, gelangen die Systeme an ihre Grenzen. Häb-Umbach und seinem Team ist es gelungen, überlagerte Sprachsignale voneinander getrennt und anschließend separat von dem Spracherkennungssystem betrachten zu lassen „Im Ergebnis steht ein fertiger Text, genauer gesagt ein Transkript, das eine exakte Wiedergabe des Gesprochenen ist.“ Ein Gerät, das eigenständig Gespräche verschriftlicht, könnte es also bald geben, meint der Experte. Das stößt auch bei der Industrie auf großes Interesse: „Wir haben Kontakt zu Google, Facebook, NTT und vielen anderen großen Playern“, sagt Häb-Umbach.
Gestaltung von flexiblen Arbeitswelten
NRW-Fortschrittskolleg zum Arbeitsplatz der Zukunft
Digitalisierung, künstliche Intelligenz, Industrie 4.0 – der „Arbeitsplatz der Zukunft“: Durch Roboter und das „Internet der Dinge“ werden neue soziale Infrastrukturen erforderlich, bei denen die Beschäftigten weiterhin im Mittelpunkt bleiben.
Prof. Dr. Gregor Engels von der Universität Paderborn, Sprecher des NRW-Fortschrittskolleg „Gestaltung von flexiblen Arbeitswelten – Menschenzentrierte Nutzung von Cyber Physical Systems in Industrie 4.0“: „Vernetzte und dynamische Abläufe verändern Arbeitsprozesse grundlegend und erfordern eine Neuausrichtung und Flexibilisierung der Beschäftigung. […] Im Rahmen von Industrie 4.0 sind Maschinen miteinander vernetzt und mit einer Software ausgestattet. […] Das System kann sich – und das ist neu – an verschiedene Personen anpassen, was es flexibel macht. Es wird somit zu einem unterstützenden Assistenzsystem“.
Für eine Optimierung der Abläufe werden auch sensorische Daten u.a. zur Zufriedenheit und dem Stresslevel der Arbeitnehmer ausgewertet. Trotz Anonymisierung
wird Datenschutz hier zu einer der zentralen Fragen. Prof. Dr. Gregor Engels im Interview:
Beteiligung an NERD NRW
Landesweite Graduiertenkolleg zur digitalen Sicherheit
Am 2018 in Bochum eröffneten Graduiertenkolleg „Human Centered Systems Security – North Rhine Westphalian Experts in Research on Digitalization (NERD NRW)“ arbeiten Jungwissenschaftler*innen auf dem Gebiet der Digitalen Sicherheit künftig interdisziplinär und hochschulübergreifend zusammen. Fünf Universitäten und vier Fachhochschulen sind beteiligt, darunter auch die Universität Paderborn. Das Ministerium für Kultur und Wissenschaft des Landes NRW fördert das Programm bis 2021 mit rund vier Millionen Euro.
Prof. Dr. Eric Bodden, Leiter der Softwaretechnik am Heinz Nixdorf Institut, ist mit „IntelliScan – Intelligente Benutzerunterstützung für Schwachstellenanalyse“ beteiligt, sein Kollege Prof. Dr. Tibor Jager, Leiter des Fachgebiets IT-Sicherheit, widmet sich der „Sicherheit und Privatsphäre bei Instant Messaging-Protokollen“. Die nämlich soll künftig deutlich besser geschützt sein.
Klartext für Katastrophenhilfe, THW und Feuerwehren
Forscher unterstützen Einsatzkräfte
Die Arbeitsgruppe „Data Science“ der Universität Paderborn um Prof. Dr. Axel-Cyrille Ngonga Ngomo erhielt im Februar 2018 eine Förderung in Höhe von rund 250.000 Euro vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF). Beim Projekt „SOLIDE“ forschen die Wissenschaftler*innen auf dem Gebiet der sprachgesteuerten, kontextuellen Abfrage von Lagebildinformationen für Stäbe und Einsatzkräfte im Bevölkerungsschutz. Sprachbasierte Steuerung und innovative Datenintegrationstechniken stehen im Fokus der Arbeit. Das Projekt hat eine Laufzeit von drei Jahren. Die Universität Paderborn ist für die Erarbeitung eines Wissensgraphen für Einsatzdaten sowie für die Beantwortung von natürlich sprachlichen Fragen der Einsatzkräfte zuständig. „Wir möchten Einsatzkräfte unterstützen und ihnen benötigte Informationen in natürlicher Sprache zur Verfügung stellen“, erklären die Paderborner Experten Dr. Ricardo Usbeck und Prof. Dr. Axel-Cyrille Ngonga Ngomo vom Institut für Informatik. Webseite des Projektes: www.solide-projekt.de
Paderborner Informatiker entwickeln superschnellen Chip
Neuer Weltrekord and der Universität Paderborn aufgestellt
Die Fachgruppe Schaltungstechnik der Universität Paderborn entwickelte einen kohärenten Silizium-Photonik-Empfängerchip, der eine Datenrate von 128 Gb/s erreicht hat. Das Besondere an diesem Chip ist, dass sowohl optische als auch elektronische Bauteile und Systeme auf einem einzelnen Chip integriert wurden. Die damit messtechnisch erfasste Datenrate setzt weltweit einen neuen Maßstab für die Datenübertragungsgeschwindigkeit mit dieser Technologie. Die Möglichkeit der Ko-Integration von photonischen und elektronischen Komponenten auf einem Chip macht sie gegenüber 2-Chip-Lösungen kosteneffizienter. Die weltweit steigende Nach
frage nach schnellen Netzwerkverbindungen für Mega-Datencenter macht die Forschung an der Silizium-Photonik-Technologie so interessant. Große Technologieunternehmen wie zum Beispiel Google, Amazon oder Microsoft errichten Lagerhallen, die mit Serversystemen gefüllt werden und immer mehr zu Knotenpunkten der globalen Informations- und Kommunikationsinfrastruktur werden. Durch die optische Datenübertragung, sprich Datenübertragung durch für das menschliche Auge unsichtbare Infrarotstrahlen, können höhere Reichweiten, höhere Datenraten, geringere Verzögerungen und eine verbesserte Energieeffizienz gegenüber kupferbezogenen Netzwerkstandardlösungen erreicht werden. Die Arbeit wurde als neuer Weltrekord im März 2018 von der renommierten Optical Society America (OSA) anerkannt und im Rahmen der Optical Fiber Conference (OFC) präsentiert.
Maßgebliche Arbeiten an der Entwicklung des Empfängerchips fallen Christian Kress (Masterarbeit) und Sergiy Gudyriev unter Anleitung von Prof. Dr.-Ing. Christoph Scheytt des Fachgebiets Schaltungstechnik zu. Die Messungen wurden am Karlsruhe Institute of Technology (KIT) im Institute of Photonics and Quantum Electronics (IPQ) durchgeführt. Die Silizium-Photonik-Technologie wurde vom IHP-Leibniz-Institut für innovative Mikroelektronik bereitgestellt.
Krypto-Assistent für Software-Entwickler
Experten von Universität Paderborn und Fraunhofer-Institut dabei
Wissenschaftler der Universität Paderborn, der TU Darmstadt und dem Fraunhofer-Institut für Entwurfstechnik Mechatronik (IEM) haben CogniCrypt für besseren Datenschutz entwickelt. Der „Kryptographie-Assistent“ unterstützt Software-Entwickler bei der Integration von Kryptographie-Komponenten in ihre Software und überprüft den korrekten Einbau und die Konfiguration.
„Für CogniCrypt haben wir eine eigene Beschreibungssprache entwickelt [ …], sodass den Anwendungsentwicklern Hinweise über die richtige Benutzung der Krypto-Komponenten textbasiert und ohne Auseinandersetzung mit dem Quellcode gegeben werden können“, erklärte Prof. Dr. Eric Bodden vom Heinz Nixdorf Institut der Universität Paderborn und vom Fraunhofer-Institut IEM. Er ist einer von über 65 Wissenschaftler*innen aus Kryptographie, Quantenphysik, Systemsicherheit und Softwaretechnik des SFBs „CROSSING“. CROSSING wird seit 2014 und bis 2022 von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert.
Weitere Informationen: www.cognicrypt.de
und www.iem.fraunhofer.de/it-security
Doppelter Erfolg: Zwei NRW-Forschungskollegs
Kooperation mit Universität Bielefeld
Verlängert wurde die Förderung für das Kolleg „Gestaltung von flexiblen Arbeitswelten – Menschenzentrierte Nutzung von Cyber-Physical Systems in Industrie 4.0“ und das Kolleg „Leicht – Effizient – Mobil“. Ab 2019 erhalten beide NRW-Forschungskollegs für dreieinhalb Jahre jeweils 2,2 Millionen Euro.
Beim Kolleg „Gestaltung von flexiblen Arbeitswelten“ sei eine der Herausforderungen „die rasante technologische Entwicklung zu antizipieren und den Menschen dabei in den Mittelpunkt der digitalen Arbeitswelt zu stellen“, sagt Prof. Dr. Gregor Engels von der Universität Paderborn, Sprecher des Forschungskollegs.
Das Forschungskolleg „Leicht – Effizient – Mobil“ soll aufzeigen, dass „durch den Einsatz von hybriden Werkstoffen im Bereich des Maschinen- oder Fahrzeugbaus […] eine erhebliche Reduzierung des Ressourcen- und Energieverbrauchs erzielt werden“ kann, erklärt Prof. Dr. Thomas Tröster von der Universität Paderborn, Sprecher des LEM.
Weitere Informationen: www.arbeit40.de
und ilh.upb.de/fk-leicht-effizient-mobil/
Alexa, Siri und Co. auch für Nicht-Weltsprachen
Sprachassistenzsysteme werden kostengünstiger
Auf einem Expertentreffen zum Thema Signalverarbeitung im September 2018 in London stellte Prof. Dr. Häb-Umbach, Leiter des Fachgebiets Nachrichtentechnik, Ansätze vor, die die Entwicklung von Sprachassistenzsystemen für neue Sprachen deutlich kostengünstiger machen können. Dazu benötige man nicht mehr riesige Textkorpora plus manuell erstellter Transkriptionen und phonetischem Expertenwissen der jeweiligen Sprache, sondern lediglich die reinen Sprachaufnahmen. Die Realisierung von Sprachdialogdiensten wie z.B. Amazons „Alexa“ oder Google VoiceSearch (Suche im Internet über gesprochene Eingaben) werde damit deutlich kostengünstiger. „Gerade für unterentwickelte Länder und entlegene Sprachgemeinschaften könnte das den Zugang zum Internet und damit die Teilhabe an der gesellschaftlichen und ökonomischen Entwicklung verbessern“, so Häb-Umbach. Bis die Forschungsergebnisse in der Praxis ankommen würden, sei es allerdings noch ein langer Weg.
Kommunikation ins Rollen bringen
Kooperative Fahrzeugsysteme für den Verkehr der Zukunft
Seit Oktober 2017 leitet Jun.-Prof. Dr.-Ing. Christoph Sommer vom Heinz Nixdorf Institut die Fachgruppe „Kooperative Fahrzeugsysteme“ an der Universität Paderborn und beschäftigt sich mit dem intelligenten Verkehr der Zukunft. „Aktuelle computergesteuerte Fahrzeuge sind noch nicht in der Lage, vernünftig miteinander zu kommunizieren und dabei auch die Infrastruktur, sprich die Gegenstände in der Umgebung, in ihre Kommunikation mit einzubeziehen“, erklärt Sommer. „Um unser Ziel zu erreichen, müssen Fahrzeuge ihre Handlungen im Bruchteil einer Sekunde aufeinander abstimmen können.“
An Hardware im Auto mangelt es nicht: Seit April 2018 muss jeder Neuwagen über „eCall“ verfügen, einem Notrufsystem, das bei einem Unfall automatisch Hilfe anfordert. Auch WLAN ist oft schon Standard. Um die Erforschung der Kommunikation zwischen Fahrzeugen mit sichtbarem Licht voranzutreiben, kooperiert Sommer mit Experten für automobile Lichttechnik der Firma Hella.
DFG-Förderatlas 2018
Universität Paderborn schneidet weiter gut ab
Im Forschungsatlas 2018 der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) war die Universität Paderborn in den Rankings gleich mehrfach mit teilweise herausragenden Ergebnissen vertreten.
Unter den Top Ten 2018 waren von der Universität Paderborn u.a. die Fächer Physik und Chemie, unter den besten zwanzig findet man die Ingenieurwissenschaften. Gute Platzierungen gab es auch in den Fachgebieten Maschinenbau und Produktionstechnik sowie für Informatik, System- und Elektrotechnik. Auf Ebene der Bundesförderung in den Informations- und Kommunikationstechnologien lag Paderborn auf dem 14. Platz.
Prof. Dr. Johannes Blömer, Vizepräsident für Forschung und wissenschaftlichen Nachwuchs der Universität Paderborn: „Dass wir in vielen Bereichen so gut abgeschnitten haben, kann als allgemeine Bestätigung unserer Forschungsstrategie betrachtet werden. Besonders in unseren Profilbereichen Intelligente Technische Systeme, Leichtbau mit Hybridsystemen sowie Optoelektronik und Photonik konnten wir von der Förderung profitieren.