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Informatik ist überall

Wie sich Informatik immer mehr mit Fächern vernetzt

Wie würde unsere Welt ohne Informatik aussehen? Keine Rechner, keine Handys, keine Digitalfotographie, keine Navigationsgeräte, keine Sicherheit in Autos, … Informatik ist überall und durchdringt unseren Alltag.

Was ist Informatik überhaupt? Eine schöne Darstellung dazu ist in dem kleinen Heftchen namens „Informatik“ zu finden, das Prof. Dr. Reinhard Wilhelm, Wissenschaftlicher Direktor des Leibniz-Zentrums Schloss Dagstuhl für Informatik, herausgegeben hat. In der Einleitung heißt es „Üblicherweise bezeichnet man als Informatik die Wissenschaft von der systematischen Darstellung, Erkennung, Verarbeitung, Speicherung und Übertragung von Information […]. Da alle Wissenschaften auf Information beruhen, wirkt die Informatik in alle Wissensbereiche mehr oder weniger stark hinein. Ihre besondere Bedeutung liegt in der Entwicklung und Bereitstellung von Methoden zur Beherrschung und effizienten Nutzung hochkomplexer Prozesse und Strukturen. Typische Beispiele hierfür sind: Die Modellierung und Simulation realer und künstlicher Vorgänge, die Steuerung von Fertigungsprozessen, die qualitative Verbesserung der Produkte, die Entscheidungsunterstützung in Betrieben und Verwaltungen, die Informationsbeschaffung und -bewertung, die Überwachung in sicherheitskritischen Bereichen oder die extrem schnelle Verteilung und Bearbeitung von Information und von Dienstleistungen in einer hoch vernetzten Welt.“

Im Folgenden seien einige Beispiele von interdisziplinären Projekten genannt, die ahnen lassen, welche zentrale Rolle Informatik in den unterschiedlichsten Anwendungen hat bzw. haben kann. Die dargestellten Projekte zeigen insbesondere die interdisziplinäre Vernetzung des halleschen Instituts für Informatik mit anderen Fächern der Universität auf, sind doch an all diesen Projekten Wissenschaftler des Informatik-Instituts der MLU beteiligt.

Informatik in der medizinischen Forschung

Die Analyse von Biomolekülen in Zellen erschließt wichtige Informationen für die Systembiologie. Wissen über zelluläre Mechanismen der Stressreaktionen von Zellen können unter anderem dazu genutzt werden, chemotherapeutische Behandlungsansätze zu optimieren. Die Analyse stützt sich hierbei ganz wesentlich auf die Fluoreszenzmikroskopie. Verschiedene Proteintypen werden durch unterschiedliche Fluorochrome markiert. Durch Anregung der Zellen mit Licht geeigneter Wellenlängen kann dann die räumliche Verteilung der markierten Proteine in einem Mehrkanalbild dargestellt werden. Aufgrund der Unzulänglichkeit manueller Auswertungen der resultierenden Bilder werden in einer Kooperation der Abteilung Molekulare Zellbiologie der Medizinischen Fakultät (Arbeitsgruppe Prof. Dr. Stefan Hüttelmaier) mit dem Institut für Informatik (Arbeitsgruppe Prof. Dr. Stafan Posch) vollautomatische Bildanalyseverfahren entwickelt, mit denen die Identifikation der individuellen Zellen sowie verschiedener Zellstrukturen erfolgen sollen. Aus biologischer Sicht erlauben diese Segmentierungsverfahren zellspezifische Auswertungen, die vorher mit einer solchen Genauigkeit in größerem Umfang nicht möglich waren.

Informatik in den Philologien

"Alte Bücher im Netz" - zu sehen ist eine Ausgabe der Dramen von Karl F. Gutzkow von 1847, die sinnbildlich per "USB-Anschluss angezapft wird". (Foto: Dr. Jörg Ritter)

Eines der Arbeitsfelder der Philologien, sowohl der altertumsbezogenen („klassische Philologien“) als auch der modernen und gesprochenen Sprachen ist traditionell die Edition von historischen und/oder kanonisierten Texten. Was seit dem frühen 19. Jahrhundert beispielsweise mit Hilfe von Karteikarten (Wörterbuch-Projekte) oder durch den von Hand vorgenommenen Abgleich unterschiedlicher Überlieferungsstufen eines literarischen Textes geschieht, erfolgt zunehmend auf elektronischem Wege. Damit stellt sich für die Philologien das Problem der Praktikabilität von Sprachen und Verfahrensweisen der Informatik, während sich für die Informatik eine zunehmend an Bedeutung gewinnende Anwenderperspektive mit spezifischen Problemen eröffnet. Grundsätzlich stellt sich die Mehrzahl dieser Probleme für alle Geisteswissenschaften, die mit Texten arbeiten und historisch orientiert sind, ähnlich dar.

Der am Universitätszentrum Informatik angesiedelte Arbeitskreis „E2 – Elektronisches Edieren“, der durch die Arbeitsgruppe Prof. Dr. Paul Molitor/Dr. Jörg Ritter (Informatik) getragen wird, hat zum Ziel, Technologien aus der Informatik in den Geisteswissenschaften, dort insbesondere den Philologien, und verwandten Bereichen der Martin-Luther-Universität zu etablieren. Es sollen insbesondere die Möglichkeiten des Einsatzes von Informatik-Technologien in den Geisteswissenschaften dargelegt werden. Erste modellhafte Projekte, die sich schwerpunktmäßig mit der an die jeweilige Textstruktur angepassten Erfassung, einer benutzerfreundlichen XML-Auszeichnung und den Export in verschiedene Publikationsformate und mit der Transformation bereits vorliegender, digital erfasster Texte nach XML und ihrer Online-Stellung mit angepassten Suchfunktionen befassen, realiserte die Arbeitsgruppe bereits. Details zu den Projekten unter http://www.uni-halle.de/uzi/arbeitskreise/e2.

Informatik in den Biowissenschaften

Biowissenschaftler arbeiten insbesondere bei der Erforschung molekularer Prozesse mit Informatikern zusammen, um dem Geheimnis der Genregulation auf die Spur zu kommen. Wie wichtig diese Forschungsarbeiten sind, zeigte sich eindrucksvoll Mitte des Jahres 2011. Das gefährliche EHEC-Bakterium hat bei den Erkrankten Darmzellen befallen und dort die normalerweise robust funktionierende Protein-Produktion zum Erliegen gebracht. Die Produktion von Proteinen erfolgt über eine Kaskade molekularer Prozesse. Sie wird –vereinfacht dargestellt – dadurch gesteuert, dass die richtigen Gene zur richtigen Zeit in der richtigen Zelle aktiviert (exprimiert) werden. Diesen hochkomplexen Prozess, auch  Genregulation genannt, erforschen die Arbeitsgruppen von Prof. Dr. Karin Breunig vom Institut für Biologie und von Prof. Dr. Ivo Große vom Institut für Informatik. Sie untersuchen  in einem interdisziplinären Verbundprojekt die Genregulation am Beispiel der AMP-aktivierten Proteinkinase und der durch sie regulierten Gene. Die Entschlüsselung des genregulatorischen Netzwerkes der AMP-aktivierten Proteinkinase und die Aufklärung seiner evolutionären Entstehungsgeschichte verspricht, die molekularen Ursachen verschiedener Krankheiten in Zukunft besser verstehen zu können.

Globale Simulation von Niederschlagsabfluss- und Hochwasserszenarien

Mit dem wachsenden Interesse an der Untersuchung von Klimaveränderungen gewinnen auch Berechnungsmodelle für die Vorhersage von Krisensituationen in Überschwemmungsgebieten deutlich an Aufmerksamkeit. Hierbei hat sich die Lage der Bereitstellung erforderlicher Daten (z. B. Geländeprofile und -eigenschaften) in hoher Detailgüte deutlich verbessert. Dadurch steigen auch stetig die Anforderungen an Simulationsalgorithmen und -software. In Kooperation mit dem Institut für Geowissenschaften und Geographie (Arbeitsgruppe Prof. Dr. Cornelia Gläßer) untersucht die Arbeitsgruppe um Prof. Dr. Matthias Müller-Hannemann am Institut für Informatik geeignete Beschleunigungsverfahren insbesondere für moderne Multicore-Rechnersysteme. Die Wissenschaftler entwickeln verschiedene Parallelisierungsstrategien, um die Last der Berechnungen besser verteilen zu können. Neben signifikanten Laufzeitverbesserungen zeigten sie auch grundlegende Probleme bei der Parallelisierung entsprechender Berechnungen auf und entwickelten Algorithmen. Dies ermöglicht die Analyse von großen Datenmengen, die bisher von Standard-Software nicht effizient bearbeitet werden konnten.

Bahnauskunft im Störungsfall und kundenfreundliche Anschlussdisposition

Im Bahnverkehr treten täglich kleine und größere – in der Regel unvorhersehbare – Störungen  im Betriebsablauf auf. Verursacht werden sie zum Beispiel durch Eisregen oder Schnee, Gewitterstürme oder Böschungsbrände, Unfälle sowie technische Störungen. In Kooperation mit der Deutschen Bahn AG (Abteilung Reisendeninformationssysteme) hat die Arbeitsgruppe um Prof. Dr. Matthias Müller-Hannemann am Institut für Informatik mit der TU Darmstadt (Arbeitsgruppe Prof. Dr. Karsten Weihe) Verfahren entwickelt, die es erstmals erlauben, Bahnkunden in Echtzeit über die aktuelle Verkehrslage zu informieren und optimale Reiseverbindungen und Reisealternativen im Verspätungsfalle zu empfehlen. Bei großen Verspätungen kommt es zu Anschlusskonflikten: Soll ein abfahrbereiter Zug noch auf einen verspäteten Zubringer warten oder nicht? Aktuell wird daran geforscht, wie man die Disponenten in den Transportzentralen bei solchen Entscheidungssituationen im Sinne einer kundenfreundlichen Anschlussdisposition durch Einsatz von effizienten Algorithmen gezielt unterstützen kann.

Informatik und Sicherheit

In enger Absprache mit der Zentralen Universitätsverwaltung, dem Universitätsrechenzentrum und der Universitäts- und Landesbibliothek arbeitet das Institut für Informatik (Arbeitsgruppe Prof. Dr. Paul Molitor/Dr. Sandro Wefel) an der Entwicklung eines Systems für die Verwendung von Smartcards zur Verbesserung der IT-Sicherheit in breiten Bereichen des universitären Umfelds. Da erhöhte Sicherheit zumeist auch mit einem höheren Aufwand verbunden ist, steht insbesondere die Frage der Akzeptanz eines solchen Systems durch die Nutzer im Mittelpunkt der Untersuchungen und der Entwicklung. Die angestrebte Lösung soll für eine möglichst breit gefächerte Palette von Anwendungen zur Beförderung der Sicherheit elektronischer Dienste und Systeme der Universität zum Einsatz kommen. Insbesondere die Möglichkeiten zum plattform- und applikationsübergreifenden Single Sign-On werden dabei untersucht. Angedacht ist auch die Nutzung der Smartcards für Dokument- und Emailverschlüsselung, für die elektronische Signatur und für Zutrittskontrollsysteme. Ziel ist unter anderem die Vereinfachung inneruniversitärer organisatorischer Abläufe auf Basis Smartcard-gestützter elektronischer Verfahren und des Einsatzes der digitalen Signatur.

Festveranstaltung „20 Jahre Studiengang Informatik an der MLU“

Das Institut für Informatik feiert am 20. Oktober 2011 „20 Jahre Studiengang Informatik an der Martin-Luther-Universität“.

Programm zur Festveranstaltung

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