EXC 277: Kognitive Interaktionstechnologie

Überblick

Im Zentrum steht die Frage: Wie können wir technische Systeme so gestalten, dass sie mit dem Menschen auf einer möglichst natürlichen, semantischen Ebene interagieren und dabei ihre eigenen Fähigkeiten durch Adaptivität, Selbstorganisation und Lernen an wechselnde Randbedingungen möglichst flexibel anpassen können? Für die Lösung dieser Frage führt der Exzellenzcluster die Expertise von Informatikern mit einschlägigen Forschungslinien in Biologie, Psychologie und Linguistik zusammen, um die Entwicklung technischer kognitiver Systeme durch Erkenntnisse über reale kognitive Systeme zu fundieren, innovative, über klassische KI-Ansätze hinausreichende Lösungswege durch Verbindung von Expertise aus Ingenieur-, Natur- und Humanwissenschaften zu erschließen und disziplinübergreifende, international ausgerichtete Ausbildungs- und Forschungsprogramme für Nachwuchswissenschaftler zu etablieren.

Vier Schlüsselfelder für kognitive Interaktion prägen das Forschungsprogramm des Exzellenzclusters: "Intelligente Bewegung", "Systeme mit Aufmerksamkeit", "Situierte Kommunikation" sowie "Gedächtnis und Lernen". Intelligente Bewegung ist die Basis, um künftige Roboter handlungsfähiger zu machen. Wie können wir die vielen Freiheitsgrade eines Roboters koordinieren, um dem hoch entwickelten Bewegungsgeschick von Mensch und den meisten Tieren näherzukommen? Im Bereich "Systeme mit Aufmerksamkeit" werden Mechanismen der Aufmerksamkeitserkennung, -Steuerung und Koordination erforscht, um kognitive technische Systeme zu ermöglichen, die besser auf unsere Wünsche achten und reagieren können.

Situierte Kommunikation erfordert die Erforschung und technische Nachbildung von Koordinationsmechanismen zwischen Sprache, Sehen und Handeln, um künstliche Systeme zu befähigen, kooperativ und kontextsensitiv mit Menschen zu interagieren. Im Bereich "Gedächtnis und Lernen" steht ein tieferes Verständnis von Prozessen der Speicherung, Organisation und des inhaltsbasierten Abrufs von Erfahrung und Wissen im Vordergrund, um Computer und künftige Roboter mit besserem Hintergrundwissen und Lernfähigkeit auszustatten.

Eng verbunden mit der Erforschung dieser Themen sieht der Exzellenzcluster als wichtigen Beitrag, Evaluierungsmethodiken und Benchmarkaufgaben zu erarbeiten, um international kompetitive Standards für herausragende Forschungsergebnisse in Cognitive Interaction Technology zu setzen. Die Vision ist, einr stimulierendn Forschungsinfrastruktur zu schaffen, in der Nachwuchswissenschaftler in strukturierten Promotionsstudiengängen und durch eine vorgelagerte, sehr frühzeitige Integration in Forschungsarbeiten zügig an die internationale Spitze der interdisziplinären Forschung auf dem Gebiet kognitiver Systeme herangeführt werden.

DFG-Verfahren Exzellenzcluster

Antragstellende Institution Universität Bielefeld

Sprecher Professor Dr. Helge Ritter

Beteiligte Wissenschaftlerinnen / beteiligte Wissenschaftler Professor Dr. Mario Botsch; Professor Dr. Philipp Cimiano; Professor Dr. Volker Dürr; Professor Dr. Martin Egelhaaf; Professor Dr. Marc Ernst; Professorin Dr. Barbara Hammer; Dr. Thomas Hermann; Professorin Dr. Pia Knoeferle; Professor Dr.-Ing. Stefan Kopp; Professor Dr. Hans J. Markowitsch; Professor Dr.-Ing. Ralf Möller; Professorin Dr. Katharina Rohlfing; Professor Dr. Jan P. de Ruiter; Professor Dr. Michael Röckner; Professor Dr.-Ing. Ulrich Rückert; Professor Dr.-Ing. Gerhard Sagerer; Professor Dr. Thomas Schack; Professor Dr. David Schlangen; Professor Dr. Werner X. Schneider; Professor Dr. Jochen Steil; Professorin Dr. Prisca Stenneken; Professor Dr. Ipke Wachsmuth; Professorin Dr.-Ing. Britta Wrede

Detailinformationen

Projektleitung

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Prof. Dr. Katharina Rohlfing

Profilbereich Transformation und Bildung

Zur Person
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Mario Botsch

Technische Universität Dortmund

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Philipp Cimiano

Universität Bielefeld

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Jan P. De Ruiter

Tufts University

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Volker Dürr

Universität Bielefeld

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Martin Egelhaaf

Universität Bielefeld

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Marc Ernst

Universität Ulm

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Barbara Hammer

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Thomas Hermann

Universität Bielefeld

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Pia Knoeferle

Humboldt-Universität zu Berlin

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Stefan Kopp

Universität Bielefeld

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Hans Markowitsch

Universität Bielefeld

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Ralf Möller

Universität Bielefeld

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Helge Ritter

Universität Bielefeld

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Michael Röckner

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Ulrich Rückert

Universität Bielefeld

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Gerhard Sagerer

Universität Bielefeld

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Thomas Schack

Universität Bielefeld

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David Schlangen

Universität Potsdam

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Werner Schneider

Universität Bielefeld

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Jochen Steil

Technische Universität Braunschweig

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Prisca Stenneken

Universität zu Köln

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Ipke Wachsmuth

Universität Bielefeld

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Britta Wrede

Universität Bielefeld

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Ergebnisse

Aus der Vision einer einfachen und intuitiven, auf den Menschen zugeschnittenen Technologie, die Aufgaben versteht und sich einfühlsam auf ihre Nutzer einstellt, begründete CITEC das neue Gebiet der Kognitiven Interaktionstechnologie. Kognition und ihre Nachbildung in technischen Systemen zu verstehen, verbindet das Gebiet mit der KI, aber im Unterschied zu dieser liegt der Fokus auf der Erforschung interaktiver Systeme, in denen Wahrnehmen und Handeln kognitiver Agenten, von Menschen bis zu Robotern, eng und rückbezüglich ineinandergreifen. Dazu verband CITEC die Disziplinen Informatik/Robotik, Biologie, Psychologie, Sportwissenschaft und Linguistik – einschließlich Methoden der Mathematik und Physik –, um Prozesse der Bewegungsintelligenz, Aufmerksamkeit, Situierten Kommunikation und von Gedächtnis und Lernen zu analysieren und in ihrem Zusammenwirken zu verstehen. Ausgehend von Schlüsselaspekten kognitiver Interaktion, zum Beispiel geschicktes Greifen und Manipulieren, bio-inspirierte Robotikkonzepte oder soziale Interaktion, folgte CITEC in zwei Förderphasen einem stetigen Gradienten in Richtung einer zunehmenden Integration von Teilfähigkeiten. Dies bündelte Forschungsergebnisse in etlichen anspruchsvollen Demonstratorsystemen: etwa dem bimanuellen FAMULA-Roboter, dem expressiven Roboterkopf Flobi, dem Insektenroboter HECTOR, der virtuellen Trainingsumgebung ICSPACE oder Smart-Home-Demonstratoren wie KogniHome. CITECs Forschungsergebnisse führten zu nahezu 5.000 Veröffentlichungen seit Einrichtung des Clusters in 2007. Für sein Thema hat CITEC eine stark interdisziplinäre Forschungsumgebung geschaffen. Sie verband mehr als 40 Gruppen und über 700 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter während der gesamten Förderlaufzeit. Ein eigens konzipierter Forschungsbau mit einer maßgeschneiderten Laborinfrastruktur ermöglicht die Zusammenführung von Experimenten und Forschungslinien, um kognitive Interaktion mit komplexen und datenintensiven Hardware-Software-Prototypen detailliert zu analysieren. Eine integrierte Graduiertenschule brachte mehr als 250 Doktorandinnen und Doktoranden auf ihren Karriereweg. Zugleich hat CITEC ein vielfältiges Netzwerk aus Partnern aufgebaut. Darunter internationale Forschungsnetzwerke, wie das CITEC-initiierte thematische Netzwerk Interaktive Intelligente Systeme (TN-IIS), eine Virtuelle Fakultät aus führenden KI-, Robotik- und Gehirnforscherinnen und -forschern sowie strategische Partnerschaften mit bedeutenden Anwendern und Firmen: HONDA (für Robotik), MIELE (für Haushaltsgeräte), BERTELSMANN (für intelligente Medien), und BETHEL (für Assistenztechnologien für Senioren oder Menschen mit Behinderung), darüber hinaus Partnerschaften mit kleinen und mittelständischen regionalen Unternehmen sowie zahlreichen Beteiligungen an Forschungsverbünden auf nationaler und internationaler Ebene. Dabei warben CITEC-Wissenschaftlerinnen und -Wissenschaftler insgesamt nahezu 70 Mio. EUR an Drittmitteln zusätzlich zur Exzellenzförderung ein.


Link zum Abschlussbericht


https://dx.doi.org/10.2314/KXP:1698236557


Projektbezogene Publikationen (Auswahl)


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Bergmann, K., & Kopp, S.

(Siehe online unter http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:0070-pub-18578353)


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Dierker, A., Mertes, C., Hermann, T., Hanheide, M., & Sagerer, G.

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Bläsing, B., Tenenbaum, G., & Schack, T.

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Foerster, R. M., Carbone, E., Koesling, H., & Schneider, W. X.

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Gerstmayr-Hillen, L., Röben, F., Krzykawski, M., Kreft, S., Venjakob, D., & Möller, R.

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Hofmann, V., Sanguinetti-Scheck, J. I., Künzel, S., Geurten, B., Gómez-Sena, L., & Engelmann, J.

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(2014). An architecture for fluid real-time conversational agents: Integrating incremental output generation and input processing. Journal on Multimodal User Interfaces, 8, 97–108

Kopp, S., van Welbergen, H., Yaghoubzadeh, R., & Buschmeier, H.

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(2014). Co-development of manner and path concepts in language, action, and eye-gaze behavior. Topics in Cognitive Science, 6(3), 492–512

Lohan, K. S., Griffiths, S., Sciutti, A., Partmann, T. C., & Rohlfing, K.

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(2014). Expertise affects representation structure and categorical activation of grasp postures in climbing. Frontiers in Psychology, 5, 1008

Bläsing, B., Güldenpenning, I., Koester, D., & Schack, T.

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(2014). EyeSee3D: a low-cost approach for analysing mobile 3D eye tracking data using augmented reality technology. Proceedings of the Symposium on Eye Tracking Research and Applications, 195–202. New York: ACM

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Hammer, B., Hofmann, D., Schleif, F.-M., & Zhu, X.

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Frank, C., Land, W. M., Popp, C., & Schack, T.

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Lier, F., Wienke, J., Nordmann, A., Wachsmuth, S., & Wrede, S.

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(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s10472-014-9402-1)


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Foltz, A., Gaspers, J., Meyer, C., Thiele, K., Cimiano, P., & Stenneken, P.

(Siehe online unter https://doi.org/10.1080/0163853X.2014.977696)


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