Wir freuen uns sehr über die Zusammenarbeit mit den Studenten und wir möchten euch kurz vorstellen, in welchen Themengebieten wir uns besonders über eure Unterstützung freuen würden. Kommt gerne mit euren Ideen und Vorstellungen vorbei und wir suchen gemeinsam nach Möglichkeiten, wie ihr eure Abschlussarbeiten, Seminararbeiten, Forschungs- und Projektmodule bei uns erledigen könnt. Für Fragen stehen wir euch jederzeit zur Verfügung.
Vergleich von Optimal-Control-Toolchains in Julia
Am Lehrstuhl für Mechatronik beschäftigen wir uns regelmäßig mit Optimal-Control-Problemen, insbesondere im Kontext modellprädiktiver Regelung (MPC). Für die Umsetzung solcher Algorithmen ist die Programmiersprache Julia besonders interessant. Es existieren bereits mehrere Pakete und Workflows zur Lösung von Optimal-Control-Problemen, z. B.:
Ziel der Arbeit ist es, einen systematischen Überblick über bestehende Julia-Toolchains zur Lösung von Optimal-Control- und MPC-Problemen zu gewinnen. Dazu sollen relevante Pakete identifiziert, in ihrer Funktionsweise analysiert und hinsichtlich ausgewählter Kriterien verglichen werden.
Mögliche Fragestellungen sind u. a.:
- Entwicklungsstand und Community-Aktivität
- Funktionsumfang und unterstützte Features
- Eignung für echtzeitfähige Anwendungen
- Kompatibilität mit DGL-Lösern (DifferentialEquations.jl)
- Anbindung an Optimierungs-Backends wie Optim.jl, Optimisers.jl
- Unterstützung verschiedener Modellarten (z. B. neuronale Netze, FMUs, ModelingToolkit.jl,…)
- Differenzierbarkeit mit verschiedenen AD-Backends (ForwardDiff.jl, Zygote.jl, Enzyme.jl,…)
- Vergleich mit MPC-Toolboxen anderer Sprachen, z. B. do-mpc, MATLABs Model Predictive Control Toolbox
- Umsetzung von MPC-Strategien mit FMUs über FMI.jl
Der Umfang der Arbeit kann flexibel gestaltet werden und richtet sich nach dem gewählten Format. Einzelne Teilaspekte wie MPC mit FMUs oder Differenzierbarkeit von OC-Formulierungen lassen sich auch im Rahmen einer vertieften Abschlussarbeit gesondert bearbeiten.
Software für Scientific Machine Learning (SciML)
Wenn mächtige, aber schwerfällige Simulationsmodelle aus der Industrie und nagelneue, flinke Methoden aus dem maschinellen Lernen zusammen kommen, dann kollidideren Welten - dank FMI.jl und FMIFlux.jl bekommt man davon aber (fast) nichts mit. Damit das so bleibt - und wir im Idealfall das “fast” im vorhergehenden Satz bald komplett streichen können - brauchen wir Nachwuchs-Wissenschaftler (HiWi / Forschungsmodul / Projektmodul), die an unseren Open-Source-Paketen FMI.jl und FMIFlux.jl mitwirken wollen. Wenn du sogar schon erste Erfahrungen mit der Entwicklung von Softwarebibliotheken und/oder GitHub hast und diese weiter ausbauen möchtest, dann bist du hier gold-richtig.
Beispielsweise stehen folgende Aufgaben-Pakete bereit:
- Integration von Functional Mock-Up Units (FMUs) über FMI.jl in das ModelingToolkit.jl (MTK)
- Implementierung von Scheduled Execution in FMI.jl
- Implementierung von System Structure and Parameterization in FMI.jl
- …
Biases und Muster in der Bewertung menschlicher Fähigkeiten
Maßnahmen in der Rehabilitation werden in Form von Fähigkeitsprofilen dokumentiert, die den Therapieverlauf der Patienten wiedergeben. Ein verbreitetes Verfahren dazu ist IMBA (Integration von Menschen mit Behinderung in die Arbeitswelt). Wir vermuten, dass es innerhalb des Verfahrens versteckte Abhängigkeiten und Biases gibt. Daher soll in dieser Arbeit ein Datensatz von IMBA-Profilen untersucht werden mit dem Ziel Muster zu erkennen und dadurch entsprechende Biases aufzudecken. Die theoretischen Abhängigkeiten zwischen den Fähigkeiten wurden bereits analysiert, diese sollen nach Möglichkeit innerhalb der Arbeit validiert werden. Eine Grundkenntnis in Medizin und dem IMBA-Verfahren ist für die Arbeit nicht nötig.
Ziel der Arbeit
- Analyse von Fähigkeitsprofilen nach Mustern und Biases
- Anwendung geeigneter statistischer Verfahren
- Validierung der theoretischen Abhängigkeiten von Fähigkeiten
Was du mitbringst
- Studium der Ingenieursinformatik, Medizininformatik, Informatik, oder ähnliche
- Interesse an Medizintechnik und Rehabilitation
- Grundwissen in Statistik wünschenswert
Kombination von Arbeitsmedizin und KI zur Vorhersage menschlicher Fähigkeiten
In meiner Forschung beschäftige ich mich mit der Vorhersage von menschlichen Fähigkeiten, um damit Robotervrhaltne zu planen und insbesondere Menschen mit Behinderung in ihrem Arbeitsalltag zu unterstützen. Dabei werden Methoden aus der Arbeitsmedizin und dem Maschinellen Lernen kombiniert. Ziel ist, dass eines Tages Personen egal welcher körperlichen Fähigkeiten und Voraussetzungen gemeinsam am Arbeitsalltag teilhaben können.
In dieser Arbeit sollen neue Vorhersagemodelle erstellt und validiert werden. Die Modelle bauen auf den bestehenden Standards ICF (International Classification of Functioning, Disability and Health) und IMBA (Inklusion von Menschen mit Behinderung in die Arbeitswelt) auf. Diese sollen in Bayessche Netze überführt und mit vorhandenen Daten vortrainiert werden. Je nach Art und Umfang der Arbeit, soll ebenfalls eine Nutzerstudie durchgeführt werden, um (a) Datne zu gewinnen und (b) die Methode zu validieren.
Was wir bieten
- Einblicke in die Mensch-Roboter-Interaktion und medizinisch korrekte Simulation von Menschen
- Lockere Arbeitsathmosphäre
- Flexible Betreuung
- Prüstandsarbeit/Realvalidierung möglich
Was du mitbringst
- Studium der Ingenieursinformatik, Medizininformatik, Informatik, oder ähnliche
- Interesse an Mensch-Roboter-Interaktion und sozialer Teilhabe
- Vorwissen in Maschinellem Lernen und Bayesschen Netzen wünschenswert
Evaluation neuer Use-Cases mit Graph Neural Networks
Unser Softwarepaket MeshGraphNets.jl wurde bereits erfolgreich auf verschiedene Use-Cases (z.B. eine Fahrzeugkabine oder eine hydraulische Bremse) innerhalb unserer Projekte angewendet. Hier enden jedoch die Möglichkeiten für die Anwendung nicht, da viele weitere Domänen ähnliche Problemstellungen besitzen.
Mögliche Anwendungsfälle:
- Medizin (z.B. kardiovasuläres System)
- Energienetze (z.B. Windkraftanlagen)
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