Intelligente Systeme für die Beobachtung der Umwelt

07.02.2023

Seine Wurzeln liegen in Würzburg, nach Stationen in Bochum und Schweinfurt ist er nun zurück: Marco Schmidt ist neuer Professor für Sensoren und eingebettete Systeme für die Erdbeobachtung.

Der Würzburger Informatikprofessor Marco Schmidt. (Bild: Daniel Peter)

Die Abholzung des Regenwalds, das Schrumpfen der Gletscher, das Fortschreiten der Verstädterung: Die Erdbeobachtung kann viele wertvolle Informationen über den Zustand des Planeten und der Umwelt liefern. Die nötigen Daten können von Satelliten, Drohnen oder mobilen Robotern aufgenommen werden. In jedem Fall sind unterschiedlichste Sensoren nötig, um möglichst viele Umweltinformationen zu sammeln.

Genau hier liegt das Spezialgebiet von Marco Schmidt. Er ist Fachmann für komplexe Maschinen, bestehend aus Sensoren, eingebetteten Systemen und jede Menge Software. Seit 1. Oktober 2022 hat er eine Professur für Sensoren und eingebettete Systeme für die Erdbeobachtung am Institut für Informatik der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) inne.

„Die Beobachtung unserer Umwelt wird auch wegen der Klimaproblematik immer wichtiger“, sagt der Professor. Daten hierzu seien leider in vielen Bereichen noch Mangelware: „Wir messen nur punktuell, sehen zum Beispiel, dass es durch die anhaltende Dürre einzelnen Bäumen schlecht geht. Aber globalere Aussagen, etwa über Veränderungen großer Waldflächen, sind schwer zu treffen.“

Raumfahrt, Robotik, Sensorik, KI

Eine seiner Aufgaben sieht der Wissenschaftler darin, passende Sensorik und Algorithmen für unterschiedliche Anwendungsfälle zu entwickeln. Zu seinen Kooperationspartnern gehören die JMU-Lehrstühle für Fernerkundung, mit denen er schon länger zusammenarbeitet. Das neueste gemeinsame Projekt ist ein Lastenfahrrad: Ausgestattet mit diversen Sensoren, soll es bald durch Würzburg fahren und unter anderem den Gesundheitszustand des Stadtgrüns erfassen.

Thematisch ist Marco Schmidts Forschung breit angelegt. Sie reicht von der Umweltbeobachtung mit Robotern bis zur Erdbeobachtung mit Satelliten. Ein Doktorand von ihm verfolgt zum Beispiel das Ziel, einen kleinen mobilen Roboter mit Künstlicher Intelligenz (KI) an Bord autonom in einer großen Menge herumlaufender Menschen navigieren zu lassen. Dort soll er diverse Gefahrensituationen erkennen und melden, etwa herrenlos herumstehende Gepäckstücke.

Das ist keine einfache Aufgabe: „Neuronale Netze zur Verarbeitung von Bildern brauchen viel Rechenkapazität“, sagt der Informatiker. Doch an Bord des Roboters sind häufig eher energiesparende Prozessoren verbaut. Darum müssen die Algorithmen so angepasst werden, dass sie auch auf einem Rechner im Kleinformat möglichst leistungsfähig sind.

UWE-5-Mission: ein Projekt mit Studierenden

Im Bereich der Raumfahrt wird Marco Schmidt mit seinem Kollegen Guido Dietl das Programm der „Universität Würzburg Experimentalsatelliten“ (UWE) weiterführen. Der erste Kleinsatellit dieser Art, UWE-1, wurde 2005 vom Team des Professors Klaus Schilling in den Orbit geschickt. Weitere erfolgreiche Missionen folgten, als nächstes ist UWE-5 an der Reihe. Dieses Projekt wollen Schmidt und Dietl mit Studierenden das JMU-Masterstudiengangs „Satellite Technology“ angehen.

Im Studiengang „Informatik und Nachhaltigkeit“ wird Schmidt die Vorlesung „Umweltbeobachtung“ anbieten. Generell ist es ihm in der Lehre wichtig, problemorientierte Aufgaben zu stellen: „Das ist meiner Meinung nach eine der besten Lehrformen, auch weil sie die Motivation stark fördert.“

Ein mögliches Beispiel: Zum Thema „Verarbeitung von Satellitenbildern“ könnte man die Aufgabe stellen herauszufinden, wie sich die Grünflächen in der Stadt Würzburg in den vergangenen drei Jahren verändert haben. In der Vorlesung würde es dann sehr ausführlich um die Techniken und Methoden gehen, mit denen die Studierenden die Aufgabe lösen können.

Lebenslauf des Professors

Marco Schmidt, Jahrgang 1981, stammt aus Würzburg und hat Informatik an der JMU studiert. Hier absolvierte er bei Professor Klaus Schilling seine Doktorarbeit im Bereich der Raumfahrttechnik; 2011 wurde er promoviert. Danach war er an der JMU als Professor für Telematik mit dem Schwerpunkt Intelligente Systeme tätig.

2014 folgte er dem Ruf auf eine Professur an der Hochschule Bochum. Dort initiierte und leitete er die Arbeitsgruppe Robotik und Computertechnik. 2021 kehrte er nach Unterfranken zurück, als Professor am neu gegründeten CERI-Institut (Center Robotics) der Hochschule für angewandte Wissenschaften Würzburg-Schweinfurt. Ein Jahr später wechselte er schließlich an die JMU.