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Team Competence Center Optimized Systems

Teile des Forschungsteams des Competence Centers Optimized Systems (v. l.): Susanne Rosenthal, Thomas Gross, Navya Amin, Marvin Offiah und der Leiter PD Dr. Markus Borschbach.

Competence Center Optimized Systems

Projekt Optoprobe: Früherkennung von Tumoren

Im Optoprobe-Verbundprojekt entwickelte das Competence Center Optimized Systems eine Software zur Krebserkennung. Bereits seit 2009 verfolgte das mit Millionenmitteln des BMBF geförderte Forschungskonsortium aus Unternehmen und wissenschaftlichen Einrichtungen das Ziel, auch kleinste Krebstumore sehr schnell erkennen und besonders schonend – zugleich mit den eingesetzten Diagnoseinstrumenten – beseitigen zu können. Im Zentrum stand die Entwicklung von intelligenten Sonden, bestehend aus kleinen Proteinen, so genannten Peptiden. Diese Peptide werden so lange einem systematischen Evolutionsprozess unterzogen, bis sie in der Lage sind, sich im Körper gezielt an Krebszellen anzuheften und sie mit Farbstoffen zu markieren. Dem FHDW-Team fiel die Aufgabe zu, eine Software zu entwickeln, die diese Variationen der Peptide generiert sowie die geeigneten neuen Proteine erkennt und auf Basis der Laborwerte auswählt. Benötigt wurde vor allem die IT-Expertise in den Bereichen "Evolutionäre Algorithmen" und "Selbstlernende Verfahren". Durch den Einsatz der Software soll das Vorgehen wesentlich verfeinert und vor allem beschleunigt werden.

Beim Abschlusstreffen des Verbundprojektes im Juni 2013 im Forschungszentrum Borstel wurde konstatiert: Die Konzeption des Verbundprojektes war erfolgreich, die aufgestellten Hypothesen richtig. Darüber herrschte bei den Verbundprojektpartnern GeSIM (Automatisierte Analyse und Synthese; Dresden), LMTB (Optische Auslesesysteme; Berlin), ATTO-TEC (Farbstoffe; Siegen) und R-Biopharm (Marker; Darmstadt) sowie dem Competence Center Optimized Systems (FHDW in Bergisch Gladbach) Einigkeit. Tatsächlich konnte die Eignung peptidischer Marker nachgewiesen werden. Die Identifikation geeigneter Aminosäureketten innerhalb des Forschungslaboratoriums der Arbeitsgruppe von Verbundkoordinator PD Dr. Andreas Frey (Leibniz-Zentrum für Medizin und Biowissenschaften) erfolgte durch Nutzung der Evolutionsplattform, die innerhalb des Datenanalyselabs des Competence Centers der FHDW in Bergisch Gladbach entwickelt wurde.

Im Rahmen des Abschlusstreffens, bei dem Susanne Rosenthal und Dr. Markus Borschbach die FHDW-Ergebnisse präsentierten, wurde dem Competence Center Optimized Systems eine lebenslange Kooperation durch Dr. Andreas Frey angeboten. Damit ist eine Fortsetzung der langfristigen Zusammenarbeit – datierbar ist die erste Forschungskooperation mit Dr. Markus Borschbach auf das Jahr 1999 – absehbar. Bereits genehmigt ist darüber hinaus ein Optoprobe-Anschlussprojekt unter Beteiligung der FHDW.

Veröffentlichungen

Susanne Rosenthal und Leiter PD Dr. Markus Borschbach

Auf dem Workshop Evostar im April 2013 in Wien stellten Dr. Markus Borschbach und Susanne Rosenthal die Forschungsergebnisse des Competence Centers auf dem Gebiet Evolutionärer Algorithmen vor. Als Referenten waren sie auch im Juli 2013 am Workshop "Evolve" in Leiden (Niederlande) beteiligt.

Dr. Markus Borschbach und Susanne Rosenthal auf der Konferenz BIOTECHNO in Chamonix
Konferenz BIOTECHNO in Chamonix

Im April 2014 präsentierten Dr. Markus Borschbach und Susanne Rosenthal auf der Konferenz BIOTECHNO in Chamonix (Frankreich) ihre Veröffentlichung über die Software Optoprobe zur Peptidoptimierung. Die Veröffentlichung umfasste eine empirische Untersuchung über den Zusammenhang zwischen Populationsgröße und Selektion des genetischen Algorithmus. Gleichzeitig wurde ein neuer Konvergenzindikator zur Auswertung dieser empirischen Untersuchungen eingeführt und seine mathematischen Eigenschaften diskutiert.

Projekt Pendovision: bessere Bilder bei Endoskopien

Projekt Pendovision: bessere Bilder bei Endoskopien

Das Competence Center Optimized Systems arbeitet daran, die Bildqualität bei Operationen zu verbessern.

Nach dem Projekt ist vor dem Projekt: Das 2013 beendete Medizintechnik-Projekt Pendovision wird 2014 fortgesetzt. Konkret steht die Patentanmeldung an. Pendovision befasst sich mit der Bildstabilisierung von Videoaufnahmen bei endoskopischen Untersuchungen. Per digitaler Nachbearbeitung lassen sich derartige Aufnahmen für die medizinische Auswertung (z. B. Aufdeckung von Anomalien) und Begutachtung entscheidend verbessern. Als entscheidender Schritt auf dem Weg zur praktischen Anwendung z. B. bei der Gastrointestinaltrakts-, Lungen- und Gefäß-Endoskopie gilt die so genannte „Glitterminimierung“, bei der unscharfe Videosequenzen möglichst zeitnah optimiert werden, um Realtime-Korrekturen durch den Chirurgen während der OP zu ermöglichen.

Die als Spin-off aus dem Verbundprojekt hervorgegangene Grundidee der Bildstabilisierung endoskopischer Aufnahmen hat sich als nachhaltiger Ansatz erwiesen. Projektpartner waren das IRDC Leipzig und das Forschungszentrum Borstel. Inzwischen wurden die entwickelten Verfahren an umfangreichen medizinischen Aufnahmen verifiziert, so dass jetzt das Verwertungskonzept – die Patentierung – in die Tat umgesetzt werden soll.

Veröffentlichungen

Dem wesentlichen Zweck des Projekts – der Generierung von wissenschaftlichem Mehrwert – wurde 2013 mit mehreren Veröffentlichungen Rechnung getragen. Die Bereitstellung der Erkenntnisse im wissenschaftlichen Kontext erfolgte zudem im Rahmen von Konferenzen und Vorträgen im asiatisch-pazifischen-Raum. Thematisiert wurde bei den Gesprächen mit zumeist Universitätskliniken in Medan (Indonesien), Kuala Lumpur (Malaysia), Singapur, Hanoi (Vietnam) und Dubai auch der Austausch medizinischer, endoskopischer Daten. Die größte systematische Sammlung solcher Daten wurde wiederum an der Charité in Berlin angetroffen. Die wissenschaftlichen Resultate des Projektes präsentierte das Competence Center außerdem auf dem Kongress ELMAR (Electronics in Marine) in Zadar (Kroatien), auf der ICVGIP (Indian Conference on Computer Vision, Graphics and Image Processing) und auf dem damit verbundenen Workshop MedImage in Mumbai (Indien) sowie auf der VISAPP (International Conference on Computer Vision Theory and Applications) in Lissabon.

Im Januar 2014 stellte das Team um Dr. Borschbach auf der Konferenz VISAPP in Lissabon zwei Veröffentlichungen vor: als Talk und in einer Poster Presentation. Gegenstand waren zwei wesentliche Komponenten des vom Competence Center entwickelten Post-Videostabilisierungsalgorithmus speziell zur Behebung der Bildartefakte von Endoskopieaufnahmen. Außerdem stand das Benchmarking zu den Stabilisierungsalgorithmen von "YouTube" und "Adobe" im Fokus - mit dem Ergebnis: Die Stabilisierungssoftware des Competence Centers übertrifft diese beiden Tools in ihrer Performance.

Projekt smartnavi: Praxishilfe bei eingeschränktem Hörvermögen

Projekt smartnavi

Wie kann man den multiplen Alltagsproblemen bei abnehmendem Hörvermögen intelligent begegnen? Diese Frage stellt sich auch und gerade vor dem Hintergrund zunehmender Alterung der Gesellschaft in Deutschland. Als wissenschaftliches Vorprojekt im Schwerpunkt „Mensch-Technik-Interaktion für den demografischen Wandel“ – genehmigt mit Beginn in 2014 und bewilligt mit einem Gesamtvolumen von 300.000 Euro – befasst sich das Competence Center Optimized Systems mit einer „smarten Orientierungshilfe zum Erhalt und zur Steigerung der sozialen Integrationskompetenz“. Ein Human Machine Interface soll die natürliche Autonomie im Alltag erhalten. Projektziel ist die Entwicklung eines Systems zur Analyse akustischer Umgebungen mit Hilfe eines Smartphones und Filterung zur Weitergabe an ein Hörgerät.

BioAid

Die Abnahme des Hörvermögens geht mit einem Innenohrhörverlust bzw. einer Reduktion der Verarbeitungsstrategien in den höheren Zentren der Hörbahn (Synapsenverlust) einher. Dies führt zu vielfältigen Gefahren und Problemen im Alltag, damit verbunden zu Orientierungs- und Kommunikationsschwierigkeiten, die die Teilnahme am sozialen Umfeld deutlich einschränken. Hier kann ein omnipräsentes und intuitives Human Machine Interface adaptiv die Szenarien typischer Alltagskommunikation in natürlicher Form wieder herstellen.

Am 25. und 26. Juni 2014 fand in der Neuen Mälzerei in Berlin der BMBF-Visionenworkshop "Forschung und Innovation der Mensch-Technik-Interaktion" statt. Die Projektleiter der laufenden und bewilligten Projekte – für die FHDW PD Dr. Markus Borschbach – haben hierbei den Stand der Arbeiten präsentiert. In Arbeitsgruppen wurden daraufhin die Leitfragen diskutiert:

  • Welche Potenziale bietet die Mensch-Technik-Interaktion für die Bewältigung welcher Herausforderungen einer Gesellschaft im demografischen Wandel? Wie könnten zukünftige Anwendungsszenarien aussehen?
  • Welche FuE-Aktivitäten sind erforderlich, um diese Potenziale auszuschöpfen und diese Anwendungsszenarien umzusetzen?
  • Welche nicht-technologischen Fragestellungen (etwa ethischer, rechtlicher oder sozialer Art) sollten hierbei berücksichtigt werden? Wie kann die Berücksichtigung dieser Fragestellungen am besten gewährleistet werden?

Projekt Wieschhörster: professionelle Beratung per Videokonferenz

Projekt Wieschhörster

Das Modehaus Wieschhörster in Greven verfährt bei der Kundenberatung klassisch. Kern der Verkäufer-Kunde-Kommunikation ist das Verkaufsgespräch vor Ort. Jetzt sollen – zunächst mit Stammkunden – neue Interaktionsmöglichkeiten geschaffen werden, um die Kundenbindung zu erhöhen und den Umsatz zu steigern: Die Verkäufer des Modegeschäfts werden auf Basis einer Internetplattform gleichzeitig mobile Berater. Ist ein Kunde zu Hause oder in einem anderen Geschäft, kann er sich per Videokonferenz mit einem Verkäufer bei Wieschhörster verbinden, um von ihm beraten zu werden und ggf. den Kauf zu tätigen. Das Competence Center Optimized Systems wird für das Modehaus ein geeignetes E-Commerce-Konzept inklusive technischer Umsetzung entwerfen.

Interdisziplinär aufgestellter Think Tank

Der „Think Tank“ an der FHDW in Bergisch Gladbach wächst weiter: Das 2009 gegründete Competence Center Optimized Systems forcierte 2013 in Breite wie Tiefe seine innerorganisatorische und thematische Entwicklung. Das als „englisch speaking lab“ etablierte Forschungsteam um Leiter PD Dr. Markus Borschbach schloss die Projekte „Optoprobe“ sowie „Pendovision“ ab. Darüber hinaus akquirierte die FHDW-Einrichtung das Drittmittelprojekt „smartnavi“ sowie eine Fortsetzung des Projektes „Pendovision“ (Patentanmeldung). Den 2013 personell breiter aufgestellten Wissenschaftsbetrieb im Competence Center begleiteten insgesamt 26 Veröffentlichungen in international anerkannten, wissenschaftlichen Journalen.

Das Competence Center Optimized Systems versteht sich als Spezialist für die Entwicklung von Software, die in der Lage ist, sich selbst zu optimieren und bis zu einem gewissen Grad selbst zu lernen. Dabei bringt das Forschungsteam Elemente wie „Software Engineering“, „Evolutionäre Algorithmen“, „Selbstorganisierende Systeme“ und „Künstliche Intelligenz“ zur Anwendung. So groß die Bandbreite der Möglichkeiten, so interdisziplinär liest sich das Applikationsspektrum: Auf die Forschungsergebnisse und das Know-how des Competence Centers greifen Einrichtungen wie die Deutsche Forschungsgemeinschaft und das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) ebenso zurück wie Unternehmen unterschiedlicher Branchen (u. a. Volkswagen, BMW, IBM, Siemens). Im Rahmen von Kooperationen erstellt die Arbeitsgruppe Expertisen, Machbarkeitsstudien, prototypische Implementierungen – plattformspezifisch oder plattformunabhängig.

Das Team des Competence Centers Optimized Systems