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Computer-Spiele in der Lehre: Studierende steuern mit selbst programmierten Applikationen Roboter in einer virtuellen dreidimensionalen Welt 
Quelle: FH Südwestfalen
Computer-Spiele in der Lehre: Studierende steuern mit selbst programmierten Applikationen Roboter in einer virtuellen dreidimensionalen Welt Quelle: FH Südwestfalen (Download )
Prof. Dr. Jürgen Willms
Quelle: FH Südwestfalen
Prof. Dr. Jürgen Willms Quelle: FH Südwestfalen (Download )
18.06.2013

Plädoyer für Algorithmen

Prof. Dr. Jürgen Willms: Angewandte Informatik und Mathematik bieten faszinierende Möglichkeiten in Forschung und Lehre

Meschede. Informatik und Mathematik gehören oft zu den eher ungeliebten Fächern von Wirtschafts- oder Ingenieurstudenten. Eine Einstellung, die Prof. Dr. Jürgen Willms nicht teilt und gerne ändern möchte. Ihn fasziniert die Welt der Algorithmen.

"Algorithmen sind Rezepte, die so formuliert werden, dass ein Computer sie versteht", meint Willms. Der Entwurf eines Algorithmus ist dabei eine kreative Tätigkeit, vergleichbar mit der Kreation eines neuen Kochrezepts. Am Ende sollte durch entsprechende Kombination der "Zutaten" ein schmackhaftes Gericht beziehungsweise ein optimales Lösungsverfahren herauskommen. Ein Beispiel aus der Praxis von Professor Willms: Für Thyssen-Krupp löste er ein Problem mit sogenannten "Hammerbrechern".
Diese bis zu über 200 Tonnen schweren Maschinen zerkleinern Gestein. Damit ein Hammerbrecher rund läuft, müssen durch geschickte Wahl der Hammeranordnung die Unwuchtkräfte minimiert werden.
Willms entwickelte ein Programm, das mithilfe von evolutionären Algorithmen optimale Hammeranordnungen findet. Die Lösung ergibt sich auch bei praktischen Problemen fast immer durch Abstraktion. "Ich habe die Hammerbrecher nie gesehen, lediglich die Baupläne", erklärt Willms.

Computerspiele in der Lehre

Trotz aller Begeisterung für die Abstraktion sieht Professor Willms natürlich auch die Vorteile einer anwendungsorientierten Vorgehensweise, insbesondere in der Lehre. Seine Studierenden versucht er neuerdings im Wahlpflichtfach Anwendungsprogrammierung im wahrsten Sinne des Wortes spielerisch zu begeistern. Grundlage ist eine sogenannte "Game-Engine", wie sie für die Entwicklung von Konsolen- und Computerspielen eingesetzt wird. Aktuell lassen die Studierenden hier Roboter Aufgaben in einer virtuellen dreidimensionalen Welt erledigen. Dafür müssen sie Programme entwickeln, welche Sensordaten auswerten und visualisieren und in der Lage sind, die Roboter mithilfe von Algorithmen in Echtzeit zielgerichtet zu steuern. Der Funke der Begeisterung ist offensichtlich übergesprungen. "Die Robotersimulation macht schon Spaß", sagt der am Fach teilnehmende Oliver Kern.

Spannende Forschungsergebnisse

Die Zeit an einer Fachhochschule ist gut gefüllt mit Aufgaben in der Lehre. Trotzdem ist es Professor Willms gelungen, eine theoretisch orientierte Forschungsarbeit abzuschließen. Eine Veröffentlichung erfolgt in "IEEE Transaction on Information Theory", einer Zeitschrift mit weltweitem Renommee als Fachjournal für Informationstheorie. Ein Editor und zwei unabhängige Gutachter haben Willms Arbeit unter wissenschaftlichen Kriterien geprüft, bevor die Zusage zur Veröffentlichung erfolgte.
Die Arbeit untersucht Autokorrelationen binärer Folgen. Mithilfe der gefundenen Ergebnisse können unter anderem neue effiziente Berechnungsalgorithmen formuliert werden. Klingt nach trockener Theorie. Ist es zunächst auch.

Das Autokorrelationsverhalten binärer Folgen lässt sich als Fragestellung in der Nachrichtentechnik einordnen. In einem anderen Gewand spielt die Fragestellung eine Rolle in der Mathematik in den Bereichen komplexe Analysis und Zahlentheorie. Aber auch in der statistischen Mechanik wird sie bei der Untersuchung von minimalen Energiezuständen bei einfachen Vielteilchensystemen untersucht. Wem das noch zu abstrakt ist: Es gibt auch konkrete Anwendungen. Binäre Folgen mit minimalen Autokorrelationen werden in der Radartechnik oder bei GPS-Ortungssystemen benutzt. Letztlich handelt es sich um scheinbar völlig unterschiedliche Problemfelder. "Es ist aber immer die gleiche Fragestellung und das ist einfach faszinierend", findet Willms.