Sichere Vernetzung von Datenbanken: IT-Startup entwickelt neuartige Software auf Blockchain-Basis

Pressemitteilung der Universität des Saarlandes vom 02.03.2020

Wenn Arztpraxen Patientendaten austauschen wollen oder Firmen mit vielen Zulieferbetrieben zusammenarbeiten, stehen sie vor der gleichen Herausforderung: Wie können Datensätze aus unterschiedlichen Datenbanken schnell und sicher gemeinsam verarbeitet werden? Informatiker der Universität des Saarlandes haben dafür jetzt eine Software entwickelt, mit der Managementsysteme für Datenbanken vernetzt und von mehreren Unternehmen parallel und dennoch fälschungssicher bearbeitet werden können.

Um diese Software namens „ChainifyDB“ zur Marktreife zu bringen, unterstützt das Bundesministerium für Bildung und Forschung das in Gründung befindliche Startup der Saarbrücker Forscher mit 840.000 Euro.

„Unsere Software gleicht einer Schlüsselloch-OP. Durch einen kaum bemerkbaren Eingriff erweitern wir bereits vorhandene Datenbank-Infrastrukturen um Sicherheitsfunktionen auf Blockchain-Basis. Unsere Software integriert sich nahtlos in die verbreitetsten Managementsysteme für Datenbanken, wodurch wir die Einstiegshürde für sichere digitale Transaktionen drastisch senken“, erklärt Jens Dittrich, Informatik-Professor an der Universität des Saarlandes. Das System bietet vielfältige Mechanismen für einen vertrauensvollen Datenaustausch zwischen mehreren Parteien. Wie es genau funktioniert, zeigt folgendes Beispiel:

Angenommen, einige Ärzte behandeln denselben Patienten und wollen dessen Patientenakte gemeinsam pflegen. Dafür müssten die Ärzte die Software der Saarbrücker Forscher auf ihren bereits vorhandenen Datenbank-Management-Systemen installieren. Nun könnten sie gemeinsam ein Daten-Netzwerk erstellen. In diesem Netzwerk setzen die Ärzte eine zusammenhängende Tabelle auf, in der sie die Patientenakte des gemeinsamen Patienten einpflegen. „Ändert ein Arzt etwas an seiner Tabelle, wirkt sich dies auf alle anderen Tabellen im Netzwerk aus. Nachträgliche Änderungen an älteren Tabellenzuständen sind nur dann möglich, wenn alle Ärzte im Netzwerk zustimmen“, erläutert Jens Dittrich. Eine weitere Besonderheit: Wird an der Tabelle etwas ergänzt, steht nicht die Änderung im Vordergrund, sondern ihr Ergebnis. Ist das Ergebnis auf allen Tabellen im Netzwerk identisch, kann der Vorgang übernommen werden. Falls nicht, beginnt der Abstimmungsprozess erneut. „Dadurch ist das System fälschungssicher und alle Netzwerkteilnehmer bleiben garantiert immer auf demselben Stand. Zudem sind nur die freigegebenen Daten auf den verknüpften Tabellen für andere Netzwerkteilnehmer sichtbar, alle anderen Inhalte der heimischen Datenbank bleiben privat“, betont Dr. Felix Martin Schuhknecht, Principal Investigator des Projektes. Er forscht zusammen mit Ankur Sharma in der Big Data Analytics Group der Saar-Uni an der Software.

Besonders für sicherheitskritische Situationen wie Hacker-Angriffe oder wenn Geschäftspartner einander nicht vollkommen vertrauen können, bietet die neuartige Software Vorteile. Bösartige Teilnehmer können aus einem Netzwerk ausgeschlossen werden, ohne dessen Funktion zu beeinträchtigen. Soll ein ehemaliger Teilnehmer wieder aufgenommen werden, müssen sich die übrigen Netzwerk-Teilnehmer dazu nur auf einen „korrekten“ Tabellenzustand einigen. Der zuvor suspendierte Partner kann dann auf diesen Stand gesetzt werden. „Diese Funktion bietet nach unserer Kenntnis bisher keine vergleichbare Software an“, ergänzt Dittrich.

„ChainifyDB“ ist ein Projekt der Universität des Saarlandes, angesiedelt am Saarland Informatics Campus. Finanziert wird es aus Mitteln der „StartUpSecure“-Initiative innerhalb des Bundesministeriums für Bildung und Forschung, die Ideen von Startups der IT-Sicherheit schnell in die Anwendung bringen will. Unterstützt wurden die Saarbrücker Forscher durch den Gründungsinkubator des Cispa – Helmholtz-Zentrums für Informationssicherheit. Das Projekt schafft acht wissenschaftliche Arbeitsplätze.

Externer Link: www.uni-saarland.de

Besser hören – nicht nur auf Partys

Presseinformation (Forschung Kompakt) der Fraunhofer-Gesellschaft vom 02.03.2020

Den meisten Menschen fällt es nicht leicht, sich in einer belebten Umgebung auf eine spezifische Stimme zu konzentrieren. Besonders schwierig ist dies für Schwerhörige. Ein neuartiges Konzept für Hörhilfen, entwickelt unter Beteiligung von Fraunhofer-Forscherinnen und -Forschern, soll künftig die Sprachverständlichkeit in komplexen Situationen verbessern und es erleichtern, einem einzelnen Sprecher zu folgen.

Etwa 15 Millionen Deutsche sind laut Schätzungen des Deutschen Schwerhörigenbunds e.V. schwerhörig. Betroffene können Gespräche, vor allem in lauten Umgebungen, nur schlecht verstehen. Besonders in Unterhaltungen mit mehreren Personen fällt es ihnen schwer, einzelne Stimmen herauszuhören. Ihnen gelingt es nicht, sich auf einen Sprecher zu konzentrieren und störende Signale auszublenden – Experten bezeichnen dieses Manko als Cocktailparty-Effekt.

Derzeitig verfügbare Hörgeräte sind nicht in der Lage, eine Schnittstelle zwischen Ohr und Gehirn herzustellen und Schwerhörige beim selektiven Hören zu unterstützen. »Beim normal Hörenden funktioniert die Verbindung zwischen Gehirn und Ohr. Der Zuhörer weiß daher, auf welche Richtung er sich konzentrieren muss. Bei Schwerhörigen ist diese Fähigkeit stark beeinträchtigt. Auch Highend-Hörhilfen können noch nicht die Quelle hervorheben, die der Nutzer gerade hören will, besonders wenn zwei Personen gerade gleichzeitig sprechen«, erläutert Dr. Axel Winneke, Wissenschaftler am Fraunhofer-Institut für Digitale Medientechnologien IDMT in Oldenburg. »Daher benötigt man die entsprechende Information aus dem Gehirn. Über die Hirnaktivität kann man erkennen, wem der Schwerhörige zuhört. Das lässt sich per Elektroenzephalografie (EEG) messen«. Die EEG-Analyse wird im Projekt mEEGaHStim federführend vom Fraunhofer IDMT-HSA und der Universität Oldenburg durchgeführt. Hier entwickeln der Wissenschaftler und sein Team gemeinsam mit Partnern aus Industrie und Forschung ein System, das die Sprachverständlichkeit in komplexen Situationen für Hörgeschädigte verbessert. Eine Kombination aus EEG, Audiosignalverarbeitung und Elektrostimulation der Hörareale soll dies leisten. Der Trick: Eine Gehirn-Computer-Schnittstelle misst mittels EEG die Aktivität des Gehirns. Anhand der Daten lässt sich feststellen, in welche Richtung bzw. auf welche Sprachquelle der Hörgeschädigte seine Aufmerksamkeit richtet. Diese Information wird an das Hörgerät weitergeleitet, das dann ein Richtmikrofon – den sogenannten Beamformer – entsprechend ausrichtet. Der Beamformer verstärkt das vom Hörer bevorzugte Audiosignal und blendet die unerwünschten Geräuschquellen, z.B. andere Sprecher, aus. Eine dritte Komponente, die transkraniale Elektrostimulation (tES), soll dann mit diesem Sprachsignal die Hörareale elektrisch stimulieren. Mit dieser Methode der Neurowissenschaft beeinflussen die Forschenden die Aktivität des Hörzentrums beziehungsweise des auditiven Kortex‘ mit sehr kleinen Strömen gezielt, um so zusätzlich die Sprachverständlichkeit zu optimieren. Die erforderliche Hardware und Methodik zur Stimulation entwickelt im Projekt der Partner neuroConn GmbH gemeinsam mit der Universität Oldenburg.

Hearable der Zukunft

Im Projekt wurde bereits in Designstudien visualisiert, wie die neue Hörhilfe aussehen könnte. Aufbau und Konzept orientieren sich an der Interaktion mit dem Gerät. Das Design hat dabei den Anspruch, die Hörhilfe als positiven Zugewinn für den Träger zu inszenieren, entgegen einer immer noch weit verbreiteten Stigmatisierung. Künftig könnten die im Vorhaben entwickelten Komponenten inklusive Sensorik in einen tragbaren Bügel integriert werden. Denkbar ist es auch, verfügbare Hörgeräte durch die neuen Module zu ergänzen und mit einem EEG-Sensor auszustatten. »Unser aktueller Prototyp liegt noch nicht in Form einer tragbaren Hörhilfe vor, er muss noch deutlich miniaturisiert werden«, so Winneke. In ersten Probandentests mit normal Hörenden hat das Prinzip der EEG-basierten Hörunterstützung bereits gut funktioniert. Studien mit Schwerhörigen sind in Planung.

Mobile Neurotechnologie

Die am Ohr getragene EEG-Messung eignet sich auch für andere Anwendungsszenarien, beispielsweise um die Höranstrengung von Mitarbeitern am Arbeitsplatz zu erfassen. Die Technologie lässt sich zudem im medizinischen Umfeld einsetzen, insbesondere in der Neurologie, um neurologische Erkrankungen wie Epilepsie zu überwachen. »Denkbar ist es etwa, Patienten mithilfe von tragbarer EEG-Sensorik auch außerhalb der Klinik beobachten zu können. Im Projekt mEEGaHStim messen wir die Gehirnaktivität, um ein Hörgerät anzusteuern, aber man kann die Hirnströme natürlich ebenfalls bei neurologischen Störungen analysieren«, sagt Winneke. Der Forscher ist Mitarbeiter der Gruppe »Mobile Neurotechnologien« am Fraunhofer IDMT am Standort in Oldenburg. Diese arbeitet daran, Multi-Sensor-Plattformen zur Elektroenzephalografie (EEG) in konkreten Anwendungsszenarien verfügbar zu machen – beispielsweise in Gesundheitsanwendungen oder am sicherheitskritischen Arbeitsplatz, um die Analyse von Hirnaktivitäten alltagstauglich zu machen.

Externer Link: www.fraunhofer.de

Agrarroboter mit Künstlicher Intelligenz

Pressemitteilung der OTH Regensburg vom 07.01.2020

An der OTH Regensburg schrauben Studierende an einem intelligenten Roboter, der ohne Glyphosat und für den Preis eines neuen Handys, Bio-Felder von Unkraut befreien soll.

Die Sonne brennt auf die schattenlose Weite, ein scharfer Wind schneidet über die Hügel. Unermüdlich surrt und knattert ein kleiner Roboter zwischen jungen Feldpflanzen umher und scannt mit zwei kleinen Kameraaugen die Umgebung. Immer, wenn die Künstliche Intelligenz (KI) in seiner Platine Unkraut erkennt, fährt ein Stecharm in den Boden und rupft wucherndes Unkraut aus der Erde. Keine tausend Kilogramm wiegt er und keinen Tropfen Glyphosat muss er dabei verteilen. Es ist eine Vision von smarter Landwirtschaft, die weit entfernt wirkt. Doch an der Ostbayerischen Technischen Hochschule Regensburg (OTH Regensburg) gibt es einen Idealisten, der seit einem Jahr an genau dieser Vision bastelt. Prof. Dr. Hermann Ketterl, Fakultät Maschinenbau, entwickelt mit seinen Studierenden einen kleinen Agrarroboter mit künstlicher Intelligenz, der nicht nur Biobauern eine Freude sein soll, sondern auch flexibel und vor allem erschwinglich.

Noch ganz am Anfang

„Seit das mit Glyphosat ein Thema ist, sind viele motiviert, in diese Richtung zu gehen,“ erzählt Prof. Dr. Ketterl, während er zwischen dutzenden „wilden“ Erfindungen im Labor für Mess- und Steuerungstechnik steht. Erst vor einem Jahr startete das erste Agrartechnik-Projekt seines Labors überhaupt. Heute sind schon rund zehn Studierende dabei und einige Masterarbeiten in vollem Gange. Prof. Dr. Ketterl hatte schon Jahre zuvor das Thema angestoßen, hat er doch selbst ein paar Hektar Bioland mit zwei Kühen in Niederbayern. Mit dem Studenten Michael Engel startete es schließlich durch. Engel forscht an einem Konzept zur Reihenerkennung in Getreidefeldern. Im Sommersemester 2019 startete schließlich das Projekt „Agrarroboter“. Für den Anfang der großen Vision soll es erst einmal darum gehen, Futterrüben von Melden zu unterscheiden, einem hartnäckigen Fuchsschwanzgewächs, das vielen Bauern auf die Nerven geht.

Günstige Alternative

Ziel wäre eine kleine Maschine, die sich vor allem auch kleine Biobetriebe leisten können. Die Bauteile sind deshalb günstig, zwei Motoren für je 50 Euro und ein „Raspberry Pi“-Rechner für nochmal 50 Euro. Bislang liegt der Prototyp bei 300 Euro, am Ende sollte er inklusive GPS-Modul, Ladestation und einer schicken Hülle bei unter 1.000 Euro liegen. Auch im Stromverbrauch soll er sehr sparsam sein.

Damit ist die Maschine ein Gegenentwurf zu dem, was bislang auf dem Markt ist. Denn natürlich sind die Regensburger weit davon entfernt, die Ersten zu sein, mit der Idee eines intelligenten Unkraut-Vernichters. Viele technische Universitäten arbeiten bereits an dem Thema. Und auf den Feldern fahren bereits erste Hackgeräte herum. Diese sind jedoch für Großbauern angelegt, müssen noch von einem großen Diesel-Traktor gezogen werden und kosten einen sechsstelligen Betrag. An der OTH Regensburg forschen die Studierenden auf eigene Faust, ohne Zusammenarbeit mit Privatfirmen. „Industrielle Interessen sind da oft andere,“ weiß Prof. Dr. Ketterl, „die haben wenig Interesse an Low-Cost-Alternativen.“

Realistische Ziele

Außerdem, und das will der Professor noch ausdrücklich betonen, ist der Agrarroboter in erster Linie ein Lehrforschungsprojekt. Es geht um die Ausbildung künftiger Ingenieure, die vielleicht in der Zukunft die Agrarwirtschaft verändern werden. Und nicht um den Bau eines marktreifen Produkts innerhalb weniger Monate. Und schon gar nicht um den Bau eines perfekten Roboters, der 100 Prozent des Unkrauts erkennt und sich nie mal irgendwo festfährt. Das ist für den Preis auch nicht möglich. Dennoch geht die Arbeit an der Optimierung des Roboters stetig weiter. Der erste ferngesteuerte Prototyp fährt mit seinen wackeligen Test-Reifen seit wenigen Wochen und auch der mechanische Hackarm ist bereits montiert.

Im kommenden Semester arbeiten Studierende wie der Masterand Clemens Hölscher an der GPS-Positionierung. Masterand Michael Dier will bis dahin die Abstandsermittlung mittels Triangulation mit den beiden Kameras optimiert haben. Und noch in diesem Frühherbst soll ein 50 Quadratmeter großes Testfeld zwischen den Testanlagen für Erneuerbare Energien entstehen. „Dann kann man das mal richtig testen,“ freut sich Prof. Dr. Ketterl bereits, „wenn‘s mal geregnet hat und er verschlammt, wenn Dreckbatzen auf der Linse sind, dann wird‘s erst spannend.“

Externer Link: www.oth-regensburg.de

Faire Dienstpläne: Start-up der Universität des Saarlandes setzt auf Künstliche Intelligenz

Pressemitteilung der Universität des Saarlandes vom 20.12.2019

Immer mehr Menschen wollen ihre Arbeitszeit ihren individuellen Bedürfnissen anpassen können. Dynamische und flexible Dienst- und Schichtpläne könnten dabei helfen, tun dies jedoch nur selten. Denn die planenden Personen sind schnell überfordert, existierende Computerprogramme helfen nicht genug. Ändern soll dies eine neue Software, die mithilfe Künstlicher Intelligenz aus den Bewertungen der Mitarbeiter lernt.

„Die Komplexität steigt exponentiell und macht sich bereits bemerkbar, wenn nur zehn Mitarbeiter, deren Wünsche und Arbeitszeiten über 30 Tage hinweg erfasst werden müssen. Ein Mensch kann das  nicht mehr bewältigen“, erklärt Andreas Karrenbauer. Er berät die drei Gründer des Start-ups „ChronoFair“, die vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie mit dem Exist-Gründerstipendium unterstützt werden. Karrenbauer arbeitet am Max-Planck-Institut für Informatik auf dem Saarland Informatics Campus in Saarbrücken. Dort erforscht er, wie sich komplexe Probleme durch Rechenverfahren lösen lassen.

Zusammen mit Matthias Manderscheid hat Karrenbauer die Grundlagen des Onlinesystems „ChronoFair“ konzipiert. ChronoFair berechnet nicht nur den jeweiligen Dienstplan nach vorgegebenen Nebenbedingungen. Es ermöglicht auch Angestellten, diesen online zu bewerten. Die so erhaltenen Rückmeldungen verarbeitet das System dann mithilfe von Maschinellem Lernen, um in Zukunft noch bessere, auf die individuellen Bedürfnisse zugeschnittene Personalpläne zu liefern. „Bisher ist so etwas bereits an der Kommunikation der Beteiligten untereinander gescheitert, ganz zu schweigen von der rechnerischen Komplexität“, erklärt Karrenbauer.

ChronoFair kombiniert Webtechnologie und Künstliche Intelligenz: Zuerst gibt der Planer online alle notwendigen Daten zu Angestellten und Schichtsystem ein. Angestellte können auch per Browser Wünsche und Präferenzen mitteilen. Das System fasst all diese Daten zusammen und formt daraus ein komplexes Optimierungsproblem, das je nach Anzahl der Angestellten und dem jeweiligen Schichtsystem mehrere Millionen Gleichungen und Ungleichungen umfassen kann. Aus den möglichen Lösungen dafür wählt ChronoFair mittels einer speziellen Bewertungsfunktion die beste aus und schlägt diese als Dienstplan vor. In diesem können nun der Planer und Angestellte online einzelne Schichten und ganze Schichtabfolgen bewerten. „Mit diesen Rückmeldungen und dem Maschinellen Lernen können wir Nuancen berechnen, die zwar für den betrieblichen Ablauf keine Rolle spielen, aber für Mitarbeiter den Unterschied zwischen Schicht-Paradies und Dienst-Hölle ausmachen“, so Karrenbauer. Die Gründer beenden gerade die letzten Softwaretests in Zusammenarbeit mit Hydac. Das saarländische Unternehmen lässt ChronoFair mit den im Unternehmen angewendeten Schichtmodellen und Personalkonzepten rechnen, ohne Personaldaten weiterzugeben. Die Saarländische Wagnisfinanzierungsgesellschaft investiert bereits in das Start-up, zu dessen Gründern auch Paul Manderscheid und Sven Foit gehören.

Externer Link: www.uni-saarland.de

Neue Streaming-Methode verändert die Spielewelt

Presseaussendung der TU Graz vom 02.12.2019

TU Graz-Forscher Dieter Schmalstieg entwickelte ein Verfahren, das die Vorzüge von Cloud Computing und Virtual Reality kombiniert. Damit können Videospiele zukünftig auch auf günstigen und kabellosen VR-Brillen in hoher Qualität dargestellt werden.

Streamingdienste wie Netflix oder Amazon Prime sind längst Normalität. Nun hält die nächste digitale Technologie Einzug in die Unterhaltungsindustrie: Cloud Gaming. Die Technik gleicht jener von Videodiensten. Das Computerspiel läuft auf einem Server des Cloud-Anbieters. Die Spielenden greifen per Internet auf das Programm zu und bekommen Bild und Ton auf jedes beliebige Endgerät geschickt. Voraussetzung ist dabei nicht mehr so sehr die neueste Hardware, sondern eine schnelle Internetverbindung, die die großen Datenmengen von den Rechenzentren zu den Spielgeräten transportiert – möglichst verzögerungsfrei und damit ohne nerviges Ruckeln.

Cloud Computing soll außerdem Virtual Reality-Spiele auf eine neue Stufe heben. Hier stellt der Datenaustausch eine noch größere Herausforderung dar. Die „flüssige“ Darstellung von Sequenzen auf Virtual-Reality-Brillen benötigt eine bis zu zehnmal höhere Rechenleistung als konventionelle Videospiele, da mehr Pixel und mehr Bilder pro Sekunden dargestellt werden müssen. Die traditionelle Videoübertragung stößt hier rasch an ihre Grenzen. Dieter Schmalstieg vom Institut für Maschinelles Sehen und Darstellen hat mit seinem Team nun ein neues Verfahren entwickelt, das der kabellosen VR-Technologie zum endgültigen Durchbruch in der Spieleindustrie verhelfen kann.

Neues Verfahren verbessert die Latenz drastisch

Das sogenannte „Shading Atlas Streaming“ erlaubt es, die nötige Übertragungsrate deutlich zu senken. „Vereinfacht ausgedrückt streamen wir mit unserem System keine Videos, sondern geometrisch codierte Informationen, die von der VR-Brille decodiert und in ein Bild übersetzt werden“, erklärt Schmalstieg die Technologie.

Die Latenz – also die Verzögerungszeit, die bei der Signalübertragung, beim Zwischenspeichern von Daten oder beim Prüfen von Datenpaketen entsteht – wird mit dem System nicht vermieden, sondern quasi ausgeglichen. „Latenz vollständig zu vermeiden ist unmöglich. Unsere Art der Codierung erlaubt es aber, innerhalb eines kleinen Zeitfensters in die Zukunft korrekte Bilder vorherzusagen. So können wir die Latenzzeit ausgleichen, die wahrgenommene Latenz ist damit nahezu Null“, so Schmalstieg. Konkret werden mithilfe des Shading Atlas Streaming die Pixelfehler in der Darstellung auf ein paar wenige Prozent reduziert, sodass sie nicht als störend wahrgenommen werden.

Effiziente Nutzung vorhandener Hardware

Für die praktische Anwendung ist es wichtig, die neue Technik in bestehende Infrastruktur integrieren zu können. Daher verwenden die Forscher das herkömmliche MPEG-Kompressionsverfahren zum Transport der Daten. Die notwendige Leistung für das Decodieren der 3D-Information ist in VR-Brillen bereits vorhanden. Es ist also keine neue Hardware nötig, um Shading Atlas Streaming nutzen zu können.

Shading Atlas Streaming ist überall dort einsetzbar, wo 3D-Daten anfallen und VR-Brillen zum Einsatz kommen. Mit dem Chiphersteller Qualcomm als Partner wird bereits an einer kommerziellen Umsetzung der Forschungsergebnisse gearbeitet. (Christoph Pelzl)

Externer Link: www.tugraz.at