Adaptive Umweltmodellierung für kognitive Systeme in offener Welt durch dynamische Konzepte und quantitative Modellbewertung

Die Verwendung von technisch kognitiven Systemen, welche den Menschen bei der Ausführung von alltäglichen Aufgaben unterstützen, nimmt über die letzten Jahre stetig zu. Häufig müssen solche Systeme in der Lage sein, eine für ihre Aufgaben relevante Umgebung sensorisch erfassen und verarbeiten zu können. Zu diesem Zweck können sog. Umweltmodelle eingesetzt werden, deren Aufgabe eine konsistente Integration, Verwaltung und Bereitstellung erfasster Umgebungsinformationen ist. Ein Beispiel eines solchen Umweltmodells ist das sog. objektorientierte Umweltmodell, welches nach probabilistischen Prinzipien operiert und schritthaltend den Zustand einer beobachteten Umgebung darstellt. Diese sensorbasierte Beschreibung wird dabei durch ein semantisches Domänenmodell ergänzt, in welchem als Hintergrundwissen relevante Typen von Entitäten der Umgebung modelliert werden. Derartige Domänenmodelle werden im Allgemeinen zur Entwurfszeit eines Systems von Wissensingenieuren manuell erstellt. Sie beschreiben somit immer nur einen abgeschlossenen Teil einer Anwendungsdomäne. In dieser Arbeit wird nun der Fall betrachtet, dass ein solch abgeschlossenes Domänenmodell für die Umweltmodellierung nicht mehr ausreichend ist und dynamisch erweitert werden muss. Dabei wird von einer offenen Welt ausgegangen, d. h. einer Umgebung, in welcher auch nicht im Domänenmodell beschriebene Entitäten beobachtet werden können. Zu diesem Zweck wird in dieser Arbeit der Ansatz einer adaptiven Umweltmodellierung definiert, welcher es einem Umweltmodell ermöglicht, dynamisch auf unvorhergesehene Entitäten reagieren zu können. In diesem Ansatz können Wissensmodelle adaptiv durch das Erlernen neuer Konzepte erweitert werden. Um eine adaptive Umweltmodellierung zu ermöglichen, werden in dieser Arbeit unterschiedliche Aspekte und Methoden der probabilistischen Informationsverarbeitung im objektorientierten Umweltmodell angepasst und erweitert. Als Grundlage zur Repräsentation von neu gelernten Konzepten werden zunächst ein formales Metamodell und eine Kern-Ontologie definiert, welche die strukturierte Erweiterung eines Domänenmodells durch das Erlernen neuer Konzepte ermöglichen. Dabei muss im Besonderen die probabilistische Informationsrepräsentation des Umweltmodells beachtet werden, die eine Erweiterung von logisch orientierten Repräsentationsansätzen notwendig macht. Weiterhin wird ein probabilistischer Klassifikationsansatz vorgeschlagen, welcher beobachteten Entitäten ihre im Domänenmodell modellierten Typen unter Verwendung einer Wahrscheinlichkeitsverteilung zuordnet. Dieser Ansatz kann ebenfalls bei der Erkennung von unvorhergesehenen Entitäten genutzt werden. Als Hauptbeitrag dieser Arbeit wird ein Ansatz zur adaptiven Verwaltung und Erweiterung von Domänenmodellen präsentiert. Eine solche Erweiterung soll dabei nach Prinzipien wie der Bedarfsgerechtigkeit und Relevanz von Modellanpassungen erfolgen. Um den Bedarf einer Modellanpassung in einem Umweltmodell feststellen zu können, werden in dieser Arbeit Bewertungsmaße definiert, welche zur Quantifizierung der Modellgüte in Bezug auf die beobachtete Umgebung dienen. Diesen Bewertungsmaßen liegt ein Ansatz auf Basis des Prinzips der minimalen Beschreibungslänge zu Grunde. Unter Verwendung dieser Bewertungsmaße wird anschließend ein algorithmisches Regelungsschema definiert, welches die bedarfsgetriebene Anpassung eines Domänenmodells an relevante unvorhergesehene Entitäten erlaubt. Dazu werden weitere Bewertungsmaße definiert, welche die Detektion, Relevanzbewertung und Gruppierung solcher Entitäten ermöglichen. Auf Basis einer relevanten Gruppe von Entitäten, die einen spezifischen, bisher nicht modellierten Typ repräsentiert, kann dann eine Modellanpassung erfolgen. Als ein weiterer Beitrag wird daher ein Ansatz zum Lernen und Generalisieren von probabilistischen Konzeptdefinitionen vorgeschlagen. Abschließend erfolgt eine Evaluation der vorgeschlagenen Ansätze und Bewertungsmaße als Nachweis ihrer grundsätzlichen Anwendbarkeit an einem abstrahierten Anwendungsszenario der humanoiden Robotik für eine Haushaltsumgebung. Insgesamt beschreibt diese Arbeit somit einen ersten, aber grundlegenden Schritt in Richtung einer adaptiven Umweltmodellierung

Natürliche Kognition technologisch begreifen

Die Technologisierung der Wissenschaften verändert die Welt, bzw. die Sichtweisen auf uns und die Welt. Dies zeigt sich insbesondere an der Erforschung der artifiziellen Kognition, was im Folgenden in Bezug auf ein spezifisches industrienahes Forschungs- und Entwicklungsprojekt aufgezeigt wird. Aufgrund der zu erwarteten Implikationen aus der wirklichkeitsverändernden Macht einer Technologisierung im Allgemeinen und der Entwicklung künstlicher Kognitionen im Speziellen gilt es, den Forschungsgegenstand der „natürlichen und artifiziellen Kognition“ zu begreifen oder zumindest begreiflich zu machen

Körperwissen

Beschreibungstheorie für die sinnlich-somatische Dimension von Religion. Im ersten Teil werden wissenschaftliche Körpergeschichtsschreibungen als Teil der Europäischen Religionsgeschichte rekonstruiert. Der zweite Teil entfaltet das zentrale Konzept eines Körperwissens. Der voraussetzungsreiche Begriff des Wissens wird vor dem Hintergrund philosophischer Wissensdiskurse diskutiert und um die somatische Dimension ergänzt. Es wird angenommen, dass der Körper Träger von non-propostitionalem Wissen ist. Körperwissen wird aus Diskussionen der Kognitionswissenschaft, Medizinethnologie und Sinnesphysiologie über Körpertonus, Tätowierung, prothetische Warnehmung und Körperschema ausgeführt. Die heuristische Kraft des Konzeptes Körperwissen wird an zwei religionsgeschichtlichen Fallbeispielen aufgezeigt (Musterwebkunst im Amazonasgebiet, spirituelles Heilen). Die integrative Perspektive der Religionsästhetik bezieht kulturelle Vorgaben wie soziale und stilistische Regeln, wie man zum Beispiel zu gehen hat, und somatische Kategorien wie Schrittlängen, Beweglichkeit und Muskelkraft aufeinander. Die Relevanz für die Religionsforschung liegt darin, dass z.B. verschiedene religiöse Bewegungsarten vom Schreiten bis zum Pilgern auf Knien in der Kombination von biografisch-emotionalen Besetzungen, innenperspektivischen Aussagen, kultursemiotischen Deutungen und der Sensomotorik dank ihrer Beschreibung auch mit religionsaisthetischen Kategorien zu einer dichten Beschreibung werden

Methodik zur produktionsorientierten Produktanalyse für die Wiederverwendung von Produktionssystemen - 2REUSE : Konzept, Informationsmodell und Validierung am besonderen Beispiel des Karosserierohbaus in der Automobilindustrie

Das Ziel dabei ist die Absicherung der prinzipiellen Herstellbarkeit eines Produktes auf die jeweilige Produktionslinie. Diese Anforderungsabstimmungen sind ein wesentlicher Faktor für hohe Qualität und effizienten Änderungsbedarf vor Anlauf der Produktion, gemäß dem Motto:“Do it right the first time“. Durch einen Feedback-Prozess werden die relevanten Anforderungen von den späteren Phasen des Produktlebenszyklus an die Produktentwicklung und Produktionsplanung zurückgeführt

Schülervorstellungen zu ''Energie im biologischen Kontext'' : Ermittlungen, Analysen und Schlussfolgerungen

Burger J. Schülervorstellungen zu ''Energie im biologischen Kontext'' : Ermittlungen, Analysen und Schlussfolgerungen. Bielefeld (Germany): Bielefeld University; 2001.Zahlreiche Untersuchungen zur Effizienz des aktuellen naturwissenschaftlichen Unterrichts machen auch auf einen mangelnden Kompetenzzuwachs der Schüler im Biologieunterricht aufmerksam. Die vorliegende Arbeit ist ein Beitrag zur Verminderung von Lernschwierigkeiten im Biologieunterricht der Sekundarstufen durch vermehrte Berücksichtigung von Schülervorstellungen zu "Energie im biologischen Kontext" in konstruktivistischer Lernumgebung. Es werden zwei Lösungsansätze verfolgt: Der inhaltliche Ansatz versucht, durch das vermehrte Analysieren von Phänomenen des Lebendigen aus energetischer Sicht Lernschwierigkeiten im Biologieunterricht zu vermindern. Der methodische Ansatz versucht, durch eine vermehrte Berücksichtigung von Schülervorstellungen bei der inhaltlichen und methodischen Planung und Durchführung von Biologieunterricht eine effektivere Vermittlung naturwissenschaftlichen Wissens zu ermöglichen. Zur unterrichtlichen Umsetzung der beiden Ansätze wurden zunächst die themenrelevanten Schülervorstellungen zu "Energie im biologischen Kontext" ermittelt und analysiert. Die hierzu nötige Befragung wurde 1996 mit Schülern von 6 Gymnasien und einer Gesamtschule aus städtischen und ländlichen Regionen Nordrhein-Westfalens in einer Fragebogenstudie durchgeführt. Zur qualitativen Absicherung der erhobenen Vorstellungen fanden zum einen eine Interviewstudie und zum anderen neun eigenständige Begleitstudien zu eingegrenzten Aspekten der Thematik "Energie im biologischen Kontext" statt