Die Forschung in der Bioinformatik, der Medizininformatik und der Systembiologie beschäftigt sich mit der Entwicklung von Modellen, Algorithmen und Softwarewerkzeugen zur Beantwortung von Fragen in den Lebenswissenschaften. Die Tübinger Forschung in diesem Bereich berührt eine Vielzahl von Fragestellungen, zum Beispiel aus der Phylogenie, der Evolution von Proteinstrukturen, der Strukturbioinformatik, dem computergestützten Wirkstoffentwurf, der Immunoinformatik, der Genomik, der Mikrobiomanalyse und der Genexpressionsanalyse. Viele dieser Fragestellungen sind dabei sehr grundsätzlich, haben aber oft auch direkte Anwendungen auf medizinische Fragestellungen, wie der Entwicklung von personalisierten Krebsimpfstoffen oder der Wechselwirkung zwischen Mikroben und Wirt bei einer Infektion.

Forscher der Bio- und Medizininformatik in Tübingen tragen zu einer ganzen Reihe von interdisziplinären Zentren bei:

• Interfakultäres Institut für Biomedizinische Informatik (IBMI)
• Zentrum für Quantitative Biologie (QBiC)
• Deutsches Zentrum für Infektionsforschung (DZIF)

Die Forschung im Bereich des Maschinellen Lernens leistet zum einen Beiträge zum Verständnis der Grundprinzipien:

• Welche Voraussetzungen sind notwendig, damit das Lernen stattfinden kann, welche Leitsätze gibt es?
• Welche Garantien können wir für die erzielten Ergebnisse von Algorithmen des maschinellen Lernens geben?
• Wie können wir die Unsicherheit in unseren Vorhersagen quantifizieren?

Wir arbeiten außerdem an konkreten Anwendungen des maschinellen Lernens wie zum Beispiel in der Computer Vision, Robotik, Medizin und Biologie. Unsere Forschung leistet also auch Beiträge dafür, dass das Maschinelle Lernen eine zentralere Rolle im Prozess des wissenschaftlichen Erkenntnisgewinns in einem breiten Spektrum von Disziplinen einnehmen kann.

Die Lehrstühle im Bereich „Software & Systems Engineering“ befassen sich mit den Kernbereichen der praktischen und technischen Informatik von den theoretischen Grundlagen bis zu praktischen Anwendungen. In der praktischen Informatik stehen die effiziente Konstruktion großer Softwaresysteme, die Analyse und Transformation strukturierter Daten, Algorithmen für das automatische Beweisen und Optimieren sowie Lösungen für komplexe Web-basierte verteilte Systeme im Fokus der aktuellen Forschung. In der technischen Informatik stellen der Entwurf, die Analyse und die Optimierung von eingebetteten Systemen, Kommunikationsnetzen und Rechnerarchitekturen sowie technische Anwendungen maschineller Lernverfahren den Schwerpunkt der aktuellen Forschung.

Praktische Informatik

• Deklarative Sprachen für die Analyse und Transformation strukturierter Daten
• Neue Paradigmen für datenintensives Programmieren
• Effiziente Konstruktion großer Softwaresysteme
• Definition, Analyse und Verifikation von Softwaresystemen
• Algorithmen zum Rechnen in der Mathematischen Aussagenlogik

Technische Informatik

• Entwurf und Verifikation sicherer eingebetteter Systeme
• Timing- und Poweranalyse eingebetteter Software
• Architekturentwurf: von der Systemebene bis zum Tapeout
• Neural Interfaces and Brain Signal Decoding
• Design, Optimierung und Anwendung von Kommunikationsnetzen
• Software-Defined Networking, 5G und Internet of Things

Die theoretische Informatik erforscht die Grundlagen unseres Fachgebiets. Einerseits stellt sie grundsätzliche Fragen wie zum Beispiel:

• Welche Funktionen kann ein Computer prinzipiell berechnen, welche nicht?
• Zu welchen Fragestellungen gibt es effiziente Algorithmen?
• Können wir beweisen, dass manche Algorithmen besser sind als andere, und in welchem Sinne?
• Können Computer bestimmte Aufgaben “von selber lernen”, und wenn ja, welche und wie?

Andererseits entwickelt die theoretische Informatik Formalisierungen, die in anderen Bereichen der Informatik verwendet werden, um komplexe Systeme zu beschreiben und zu analysieren.

Ein Alleinstellungsmerkmal des Fachbereichs Informatik ist die Konzentration an Expertise in der visuellen Wahrnehmung, der multisensorischen und sensomotorischen Verarbeitung und der Interaktion dieser Prozesse mit abstrakteren, kognitiven Mechanismen und Enkodierungen. Neben den technischen Gebieten der Bildverarbeitung, Robotik, intelligente Softwareagenten und Computergrafik sind gleichzeitig die Psychophysik und die Kognitionswissenschaft im Kollegium vertreten. Damit wird die gesamte Bandbreite einer menschzentrierten Forschung ermöglicht, die nicht nur den algorithmisch und technologischen Fortschritt im Auge hat, sondern auch die Möglichkeiten der menschlichen Wahrnehmung analysiert und mit berücksichtigt.

• fotorealistische 3D-Akquisition
• mobile Roboter
• selbstlernende Avatare in VR-Umgebungen
• Hand-Eye-Tracking
• Computermodelle des menschlichen Sehens
• Generative, rekurrente und selbstorganisierende Künstliche Neuronale Netze

Der Fachbereich ist zudem am interfakultärem Cognitive Science Center der Universität Tübingen beteiligt. Das CSC  verfolgt das Ziel, zusammen mit der Geistes- und Naturwissenschaft, ein tieferes Verständnis der Kognition zu gewinnen. Denn Kognition generiert Verhalten, Sprache und dadurch unsere Kultur. Sie ist unabdingbar grundiert in der Physik, Biologie und Neurobiologie und kann durch die Modellierung mit Hilfe des Maschinellen Lernens, der Mathematik, und Statistik verstanden werden.