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Perlen der Forschung

Aus Datenbergen lernen

Das Gehirn leistet Gewaltiges, etwa beim Autofahren, wenn es sekundenschnell die Lage analysiert, auf Erfahrungen zurückgreift und reagiert. Dass ein Computer diese Leistung erbringen und lernen kann, machen Forschungen des Fraunhofer-Instituts für Intelligente Analyse- und Informationssysteme immer wahrscheinlicher.

Fraunhofer IAIS_Bilderkennung-autonomes-Fahren Der Computer erkennt und interpretiert komplexe Verkehrssituationen Foto: Fraunhofer IAIS

Die große Leistung des Autofahrers besteht darin, eine große Menge von Informationen auszuwerten: Position und Geschwindigkeit anderer Autofahrer, Verkehrsschilder, Spurkennzeichnung der Straße, Fußgänger, Radfahrer. Der Mensch hat gelernt, all diese Informationen zu interpretieren, irrelevante auszublenden und auf die wichtigsten zu reagieren. Dieser Lernprozesse erfolgt ständig in den wechselnden Situationen. So gelingt es bei entsprechender Erfahrung, die hoch komplexe Situation des Straßenverkehrs zu bewältigen und unfallfrei das Ziel anzusteuern.

Wie sicher versteht ein Computer?

Prof. Wrobel (l.) bei der Präsentation. Bundeskanzlerin Merkel bei der Präsentation von Forschungsprojekte der Max-Planck-Gesellschaft und Fraunhofer-Gesellschaft 2017Bild vergrößern Professor Wrobel präsentiert der Bundeskanzlerin die Arbeit des IAIS Foto: Ausserhofer/MPG

Kann ein Computer so eine Leistung erbringen und dann mit möglichst höherer Sicherheit ein Auto steuern? Dem Menschen unterlaufen selten Fehler, dem Computer sollten sie nie passieren. Also muss die Maschine lernen, die Daten der aktuellen Situation auf sein "Wissen" zu beziehen, um sie zu interpretieren und wiederum neu zu lernen.

Heute kommen die Daten von Sensoren und elektronischen Prozessen aus Sozialen Medien und dem Netz und sie werden allerorts von Smartphones, Autos und Maschinen erzeugt. Die Datenmengen sind riesig – aber unvollständig und verrauscht, dafür reich an Informationen, rasant wachsend und komplex. Dafür entwickeln die Forscherinnen und Forscher des Fraunhofer-Instituts für Intelligente Analyse- und Informationssysteme IAIS Datenanalysetechniken. Diese Techniken erkennen in großen Datenmengen mit komplexen mathematischen Algorithmen Muster, aus denen sich dann Schlussfolgerungen ableiten lassen.

Deep learning methods help discover bone metastases, which can be overlooked in clinical routine. CT dataset courtesy of Radboudumc, Nijmegen, NL.Bild vergrößern Der Computer identifiziert Krebs Foto: Fraunhofer MEVIS

Nutzen für den Patienten

Große Datenmengen, in denen Wichtiges von Unwichtigem zu trennen ist, gibt es in den unterschiedlichsten Bereichen. So in der Medizin, in der bei den modernen bildgebenden Verfahren eine unüberschaubare Zahl von Bildern und Bilddetails anfallen. Das ist etwa der Fall, wenn in der Krebsdiagnostik Knochenmetastasen erkannt und ihr zeitlicher Verlauf interpretiert werden soll. Das geschieht bei einem Projekt des Fraunhofer-Instiuts für Bildgestützte Medizin MEVIS. Der medizinische Experte ist bisher auf seine Erfahrung angewiesen, um diese speziellen Merkmale zu erkennen. Ein Computer kann sehr viel größere Informationsmengen in kürzerer Zeit analysieren. Er muss allerdings lernen, wo und wie er suchen soll.

Bundeskanzlerin Angela Merkel interessierte sich bei der Projektpräsentation "Perlen der Forschung" in Berlin besonders für das medizinische Beispiel und die Vorteile für den Patienten. Professor Wrobel, der Leiter des IAIS, wies darauf hin, dass sich eine Erkrankung über die neuen Analysesysteme früher und genauer, dabei effizienter feststellen lässt.

Rund um die Uhr fernsehen

ARD screen, Fraunhofer IAISBild vergrößern Auswertung des Fernsehprogramms Foto: FraunhoferIAIS/ARD

Solche Systeme sind aber nicht statisch, sie lernen aufgrund bereits analysierter Daten und entwickeln sich weiter. Sobald der Computer gelernt hat, wo und wie er suchen soll, kann er diese Analysen automatisch durchführen. So wird in einem Projekt des Fraunhofer IAIS die aufwändige Arbeit, alle Sendungen der ARD Mediathek zu transkribieren vom Computer vorgenommen. Die Analyse der Audio- und Videodaten wird 24 Stunden am Tag, sieben Tage die Woche durchgeführt und erlaubt ohne menschliche Eingriffe eine Verschlagwortung und Suche.

Professor Wrobel erläutert: "Man will zum Beispiel wissen, was hat die Bundeskanzlerin zur Sicherheitslage gesagt, welche Dinge sind vorgekommen, wer hat gesprochen. Wir analysieren das Programm, verstehen das zu einem gewissen Grade, sodass es dann verschlagwortet und bei Bedarf wieder abgerufen werden kann."

Dienstag, 31. Januar 2017