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>> Visionen << TAG DER WISSENSCHAFT UND FORSCHUNG des Landes Brandenburg 27. Oktober 2006 Campus BTU Cottbuswww.tdw2006.tu-cottbus.de BTU Cottbus – Lehrstuhl.

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1 >> Visionen << TAG DER WISSENSCHAFT UND FORSCHUNG des Landes Brandenburg 27. Oktober 2006 Campus BTU Cottbuswww.tdw2006.tu-cottbus.de BTU Cottbus – Lehrstuhl Grafische Systeme

2 >> Visionen << TAG DER WISSENSCHAFT UND FORSCHUNG des Landes Brandenburg 27. Oktober 2006 Campus BTU Cottbus Profil: Der Lehrstuhl vertritt die Themen Grafische Systeme, Computergrafik, Bildanalyse und dreidimensionale Modelle in den Studiengängen Informatik, Informations- und Medientechnik. Lehrveranstaltungen in den Bereichen Computergrafik (einschließlich Projektstudium), algorithmische Geometrie, Artificial Life, Bildanalyse und Bildverstehen, Einführung in die Programmierung und gesellschaftliche Fragen der Informatik. Forschung in den Bereichen 3D-Datenaufnahme, Modellierung von Pflanzen, regelbasierte Modelle in der Biologie, formale Sprachen zur Spezifikation von bewegten 3D-Modellen.

3 >> Visionen << TAG DER WISSENSCHAFT UND FORSCHUNG des Landes Brandenburg 27. Oktober 2006 Campus BTU Cottbus Beschäftigte: zurzeit erstellen 11 Studierende ihre Diplom-, Bachelor- oder Masterarbeiten am Lehrstuhl 6 Wissenschaftler 2 externe Doktoranden Kernkompetenzen: Regelbasierte Modellierung von dreidimensionalen Strukturen, insbesondere von Pflanzen; mathematische Grundlagen der Computergrafik; Datenanalyse www-gs.informatik.tu-cottbus.de/

4 >> Visionen << TAG DER WISSENSCHAFT UND FORSCHUNG des Landes Brandenburg 27. Oktober 2006 Campus BTU Cottbus Aerodynamik / Strömungslehre Astrophysik Biotechnologie / Biologie / Ernährung Boden / Wasser / Luft Energie Erde / Geophysik Informatik / Mikroelektronik Internet Nachwachsende Rohstoffe Physik / Sensorik Stadt - Bauen, Planen - Landschaft Studium / Forschung / Beruf Unternehmen und Betriebswirtschaft Verfahrenstechnik Musik Thema: Künstliches Leben im Computer Vortragender: Prof. Dr. Winfried Kurth

5 >> Visionen << TAG DER WISSENSCHAFT UND FORSCHUNG des Landes Brandenburg 27. Oktober 2006 Campus BTU Cottbus Künstliches Leben (KL) = Artificial Life (ALife, AL) der Versuch, lebende Systeme künstlich zu erschaffen

6 >> Visionen << TAG DER WISSENSCHAFT UND FORSCHUNG des Landes Brandenburg 27. Oktober 2006 Campus BTU Cottbus Künstliches Leben (KL) = Artificial Life (ALife, AL) der Versuch, lebende Systeme künstlich zu erschaffen – oder zumindest Systeme, die wichtige Eigenschaften mit lebenden Systemen gemeinsam haben

7 >> Visionen << TAG DER WISSENSCHAFT UND FORSCHUNG des Landes Brandenburg 27. Oktober 2006 Campus BTU Cottbus 3 Haupt-Varianten von Künstlichem Leben: künstliches Leben auf derselben stofflichen Basis wie natürlich vorkommendes Leben, d.h. basierend auf Kohlenstoff und Wasser ("Wetware")

8 >> Visionen << TAG DER WISSENSCHAFT UND FORSCHUNG des Landes Brandenburg 27. Oktober 2006 Campus BTU Cottbus 3 Haupt-Varianten von Künstlichem Leben: künstliches Leben auf derselben stofflichen Basis wie natürlich vorkommendes Leben, d.h. basierend auf Kohlenstoff und Wasser ("Wetware") künstliches Leben auf stofflicher Basis, aber auf anderer stofflicher Basis als das natürliche Leben ( Roboter)

9 >> Visionen << TAG DER WISSENSCHAFT UND FORSCHUNG des Landes Brandenburg 27. Oktober 2006 Campus BTU Cottbus 3 Haupt-Varianten von Künstlichem Leben: künstliches Leben auf derselben stofflichen Basis wie natürlich vorkommendes Leben, d.h. basierend auf Kohlenstoff und Wasser ("Wetware") künstliches Leben auf stofflicher Basis, aber auf anderer stofflicher Basis als das natürliche Leben ( Roboter) künstliches Leben als System im Computer ablaufender Prozesse (nichtstoffliches künstliches Leben)

10 >> Visionen << TAG DER WISSENSCHAFT UND FORSCHUNG des Landes Brandenburg 27. Oktober 2006 Campus BTU Cottbus einfach künstlich zu erzeugen (?): Pflanzen

11 >> Visionen << TAG DER WISSENSCHAFT UND FORSCHUNG des Landes Brandenburg 27. Oktober 2006 Campus BTU Cottbus einfach künstlich zu erzeugen (?): Pflanzen Pflanzen setzen sich (äußerlich) aus einfachen "Bausteinen" zusammen (Knospen, Blätter, Blüten, Zweigstücke...) sie wachsen nach bestimmten Regeln das Wachstum passiert parallel an allen Knospen

12 >> Visionen << TAG DER WISSENSCHAFT UND FORSCHUNG des Landes Brandenburg 27. Oktober 2006 Campus BTU Cottbus Organe (Knospen, Blätter...): werden codiert als Symbole L-Systeme zur Modellierung des Pflanzenwachstums schrittweise Ersetzung von Symbolen nach Regeln die Symbole stehen für Teile einer Pflanze jeder Schritt der Regelanwendung ist ein Wachstums- schritt (z.B. ein Jahr)

13 >> Visionen << TAG DER WISSENSCHAFT UND FORSCHUNG des Landes Brandenburg 27. Oktober 2006 Campus BTU Cottbus Beispiel eines einfachen Regelsystems (L-System): 2 Regeln a b F [ RU45 b ] a, F b

14 >> Visionen << TAG DER WISSENSCHAFT UND FORSCHUNG des Landes Brandenburg 27. Oktober 2006 Campus BTU Cottbus weiteres einfaches L-System:

15 >> Visionen << TAG DER WISSENSCHAFT UND FORSCHUNG des Landes Brandenburg 27. Oktober 2006 Campus BTU Cottbus mit Zufallskomponente in der Regel-Auswahl:

16 >> Visionen << TAG DER WISSENSCHAFT UND FORSCHUNG des Landes Brandenburg 27. Oktober 2006 Campus BTU Cottbus Beispiel: mit einem L-System erzeugte Fichten

17 >> Visionen << TAG DER WISSENSCHAFT UND FORSCHUNG des Landes Brandenburg 27. Oktober 2006 Campus BTU Cottbus Details Fichte Blütenpflanze (Prusinkiewicz & Lindenmayer 1990)

18 >> Visionen << TAG DER WISSENSCHAFT UND FORSCHUNG des Landes Brandenburg 27. Oktober 2006 Campus BTU Cottbus weiterer Schritt: Struktur-Funktions-Modelle objektorientierte Simulation von einzelnen Pflanzen- organen einschließlich der Prozesse: Photosynthese Atmung Stofftransport Vorratsspeicherung... (Eschenbach, Breckling et al.)

19 >> Visionen << TAG DER WISSENSCHAFT UND FORSCHUNG des Landes Brandenburg 27. Oktober 2006 Campus BTU Cottbus spezielles Beispiel: Produktion und Wirkung eines Pflanzenhormons (Signalstoff), das eine Streckung des Sprosses bewirkt Gibberellinsäure (GA)

20 >> Visionen << TAG DER WISSENSCHAFT UND FORSCHUNG des Landes Brandenburg 27. Oktober 2006 Campus BTU Cottbus simulierte Pappeln mit normaler GA-Produktionmit gehemmter GA-Produktion

21 >> Visionen << TAG DER WISSENSCHAFT UND FORSCHUNG des Landes Brandenburg 27. Oktober 2006 Campus BTU Cottbus Simulation von Ökosystemen (Prusinkiewicz, Deussen et al.)

22 >> Visionen << TAG DER WISSENSCHAFT UND FORSCHUNG des Landes Brandenburg 27. Oktober 2006 Campus BTU Cottbus was noch fehlt: Ausstattung der virtuellen Pflanzen mit Vermehrung Vererbung Mutation Mechanismen der Selektion (Begünstigung der Bestangepassten) Evolutionäre Algorithmen

23 >> Visionen << TAG DER WISSENSCHAFT UND FORSCHUNG des Landes Brandenburg 27. Oktober 2006 Campus BTU Cottbus Beispiel Lindevol (Jan T. Kim) quadratische Gitterzellen zugeordnet zu Pflanzen-Individuen Pflanzen brauchen Licht von oben jedes Individuum besitzt Genom ( legt fest, unter welchen Bedingungen neue Zellen wachsen) Samenausbreitung Mutationen

24 >> Visionen << TAG DER WISSENSCHAFT UND FORSCHUNG des Landes Brandenburg 27. Oktober 2006 Campus BTU Cottbus

25 >> Visionen << TAG DER WISSENSCHAFT UND FORSCHUNG des Landes Brandenburg 27. Oktober 2006 Campus BTU Cottbus Für höheres künstliches Leben (Tiere!) erforderlich: Lernen nicht nur über die Generationen (durch genetische Algorithmen), sondern Lernfähigkeit des Individuums - beispielsweise durch künstliche neuronale Netze

26 >> Visionen << TAG DER WISSENSCHAFT UND FORSCHUNG des Landes Brandenburg 27. Oktober 2006 Campus BTU Cottbus Texturerkennung mit unüberwacht lernendem, künstlichen neuronalen Netzwerk aus 3 Schichten von Neuronen Input-Daten: Bilder von einer Cat-Cam (Diplomarbeit M Franzius 2003)

27 >> Visionen << TAG DER WISSENSCHAFT UND FORSCHUNG des Landes Brandenburg 27. Oktober 2006 Campus BTU Cottbus virtuelle Kreaturen als Computerspiel: de

28 >> Visionen << TAG DER WISSENSCHAFT UND FORSCHUNG des Landes Brandenburg 27. Oktober 2006 Campus BTU Cottbus Durch virtuelle Lebewesen mehr über reale Zusammenhänge lernen Erweiterung der kreativen Möglichkeiten Vorteile:

29 >> Visionen << TAG DER WISSENSCHAFT UND FORSCHUNG des Landes Brandenburg 27. Oktober 2006 Campus BTU Cottbus Risiken und Nebenwirkungen von Artificial Life

30 >> Visionen << TAG DER WISSENSCHAFT UND FORSCHUNG des Landes Brandenburg 27. Oktober 2006 Campus BTU Cottbus Risiken und Nebenwirkungen von Artificial Life Gefahren in der Anwendung von ALife-Techniken (ähnlich wie bei anderen neuen Techniken): Beispiel: militärische Anwendungen Pentagon gibt über 2 Milliarden $ für "Future Combat Systems" aus – i. wesentl. vernetzte Roboterfahrzeuge, darunter auch ALife-Techniken ("Schwarm-Intelligenz"; " genetically engineered battleboids ")

31 >> Visionen << TAG DER WISSENSCHAFT UND FORSCHUNG des Landes Brandenburg 27. Oktober 2006 Campus BTU Cottbus Risiken und Nebenwirkungen von Artificial Life Gefahren: Abstand zwischen menschlichen Verantwortlichen und tödlichen Wirkungen nimmt zu auf der "eigenen Seite" werden nur Roboter aufs Spiel gesetzt Hemmschwelle für bewaffnete Konflikte sinkt aber: auch "humanitäre" Anwendungen möglich, z.B. ALife-Roboter zum Minenräumen

32 >> Visionen << TAG DER WISSENSCHAFT UND FORSCHUNG des Landes Brandenburg 27. Oktober 2006 Campus BTU Cottbus Risiken und Nebenwirkungen von Artificial Life Inhärente Gefahren von Artificial Life Verselbstständigung: Evolution folgt ihren eigenen Regeln, nicht den Vorstellungen des menschlichen Programmierers nicht vorhersehbar bei Software im Notfall immer noch Abschalten des Rechners als "letzter Ausweg" diese Sicherung entfällt bei "Hardware-ALife" (reale Roboter) und bei "Wetware-ALife" (künstliche Bakterien und Viren, etc.) Rodney Brooks charakterisiert seine Roboter als "fast, cheap and out of control"

33 >> Visionen << TAG DER WISSENSCHAFT UND FORSCHUNG des Landes Brandenburg 27. Oktober 2006 Campus BTU Cottbus Risiken und Nebenwirkungen von Artificial Life Das Verschwinden des Körpers und des Bewusstseins ALife auf Software-Ebene muss ohne reale Körperhaftigkeit auskommen Auffassung unter vielen ALife- und AI-Forschern: "everything is reducible, at some level, to information" lebendige Existenz ist demnach verlustfrei in Daten zu spiegeln (vgl. "beamen" in Star Trek)

34 >> Visionen << TAG DER WISSENSCHAFT UND FORSCHUNG des Landes Brandenburg 27. Oktober 2006 Campus BTU Cottbus Risiken und Nebenwirkungen von Artificial Life Simulationen werden dadurch aufgewertet: "Everything that is not in the simulation is declared to be trivial, unimportant, or uninteresting" (C. Hayles)

35 >> Visionen << TAG DER WISSENSCHAFT UND FORSCHUNG des Landes Brandenburg 27. Oktober 2006 Campus BTU Cottbus Risiken und Nebenwirkungen von Artificial Life – diese "trivialen Dinge" sind vor allem die Existenz eines Körpers, Gefühle und das Bewusstsein! Simulationen werden dadurch aufgewertet: "Everything that is not in the simulation is declared to be trivial, unimportant, or uninteresting" (C. Hayles)


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