Informatik – verteilt & allgegenwärtig

Längst sind Computer nicht mehr nur in großen Rechenzentren zu finden. Vielmehr stecken Computer – und damit Informatik – inzwischen unauffällig in vielen Gebrauchsgütern, vom Auto bis zum Toaster. Überall werden Daten erfasst, gespeichert, verarbeitet und ausgetauscht. Gordon Moore sagte 1965 voraus, dass sich die Leistungsfähigkeit von integrierten Schaltungen etwa alle ein bis zwei Jahre verdoppelt. Entsprechend sinken die Kosten für Rechenleistung. Ähnliche empirische Gesetzmäßigkeiten gelten für die Kapazität von Datenspeichern oder die Bandbreiten von Computernetzwerken.

Das Moore'sche Gesetz hat sich bewahrheitet und in den vergangenen vierzig Jahre ist die Digitalelektronik in fast alle Lebens- und Arbeitsbereiche vorgedrungen. Teilweise ist dort der einzelne Rechner noch sichtbar (Personal Computer, Spielkonsole), teilweise verschwindet er als eingebettete Steuerung im jeweiligen Gerät (Unterhaltungselektronik, weiße Ware, etc.). Seit einigen Jahren wird die Vision der „Ambient Intelligence“ verfolgt, bei der die eingebetteten Geräte immer kleiner und zahlreicher werden. Trotz vieler entsprechender Forschungsprogramme herrscht hier nach wie vor Forschungsbedarf auf allen Ebenen, von der Hardware über die Software und die entsprechenden Software Engineering Methoden bis hin zu den gesellschaftlichen Implikationen.

Forschungsbedarf: Ambient Intelligence

Mit dem Fortschreiten der Digitalisierung werden immer mehr Geräte mit elektronischen Steuerungen ausgestattet. Je mehr es werden, desto schwieriger werden Konfiguration und Administration. Gleichzeitig wachsen die Erwartungen der Nutzer an die Zuverlässigkeit der Geräte.

Auch Anwendungen und die Anwendungsentwicklung müssen sich dem Trend anpassen: So wie PCs und Home-Computer seit den späten 70er Jahren den Alltag zu Hause verändert haben (Textverarbeitung, Spiele, etc.), so wie das Internet unsere Lebens- und Arbeitsumwelt virtualisiert hat und so wie Mobiltelefone in den 90er Jahren zum persönlichen Accessoir (Klingeltöne, Logos, SMS) geworden sind, so werden auch die allgegenwärtigen Kleinstrechner Anwendungen hervorbringen, die wir noch nicht vorhersehen können. Hierfür muss die Informatik rechtzeitig möglichst tragfähige Lösungen liefern. Diesmal lauten die Fragen nicht mehr “Wozu benötigt man einen Computer zu Hause?”, nicht mehr “Wozu brauche ich das Internet?”, oder “Wozu brauchen Teenager ein Handy?”. Nun lauten die Fragen “Wie und wozu programmiere ich meinen Kugelschreiber, die Pfandflaschen, die Lego-Bausteine meines Kindes oder meinen Tischtennisball?” Vieles spricht dafür, dass wir die Reichweite dieser Fragen genauso wenig überblicken wie die Tragweite der PC-Revolution in den 70ern, das Internet in den 80ern oder die Handy-Revolution in den 90er Jahren.

Forschungsbedarf: Selbstorganisation

Die Informatik betrachtet zum Thema Selbstorganisation vor allem einzelne Algorithmen und Systeme, denen man aus oft unterschiedlichen Gründen die Eigenschaft “selbstorganisierend” zuschreibt. Es fehlt dabei sowohl eine belastbare Definition der Selbstorganisation im Bereich der Informatik als auch ein Verständnis, wie man Selbstorganisation gezielt einsetzen kann. Beispiele können diese Erkenntnislücke am besten illustrieren: Wenn ein Ameisenhaufen ein selbstorganisierendes System ist und Ameisen kleine Roboter wären, wie lautet das Programm, das die Ameisen steuert? Welche Änderung lässt die Ameisen den Rasen auf einem Tennisplatz gleichmäßig stutzen beziehungsweise Unrat am Straßenrand zerkleinern und abtransportieren?

Hinter diesen Beispielen steht die Frage nach der “Engineered Self-Organization”: Gibt es Grundelemente selbstorganisierender Systeme? Sind sie kombinierbar? Gibt es fundamentale Trade-Offs in diesen Systemen? Als Ergebnis entsprechender Forschungsanstrengungen sollte Selbstorganisation in der Informatik genauso angewandt werden können, wie bei¬spiels¬weise die etablierten “Design Patterns” beziehungsweise Entwurfsmethodiken.

Forschungsbedarf: Betrachtung komplexer Gesamtprozesse

In Zukunft wird die Leistungsfähigkeit von Mensch-Maschine-Systemen nicht mehr durch technische Faktoren begrenzt sein. Eine volle Nutzung des Potenzials verspricht vielmehr eine Betrachtung des Gesamtsystems, bestehend aus der genutzten technischen Infrastruktur (Hardware), der Software, den Benutzungsschnittstellen, den Benutzern, und dem gesamten Arbeitsprozess.

Arbeitsprozesse, die einen einzelnen Benutzer und einen einzelnen Computer einbeziehen, sind auch in der Informatik recht gut verstanden. Prozesse, die viele Teilnehmer einschließen, werden, wenn auch zumeist ohne Berücksichtigung von Computersystemen, in den Sozialwissenschaften und der Sozialpsychologie untersucht. Für das gemeinsame Arbeiten vieler Nutzer an einem gemeinsamen System gibt es Lösungsansätze aus dem Bereich Computer-supported collaborative work (CSCW). Um nun komplexe verteilte Prozesse unter Mitwirkung vieler Benutzer und vieler, verteilter Rechner zu untersuchen, ist hier eine grundlegend interdisziplinäre Arbeitsweise notwendig.

Dies bedeutet, dass nicht alle bei der Entwicklung solcher Systeme auftretenden Probleme eine technische Lösung finden. Vielmehr müssen auch soziale Protokolle und Interaktionsformen zwischen Menschen betrachtet, spezifiziert und gestaltet werden, die eine effektive Nutzung der Systeme im Gesamtzusammenhang ermöglichen. Komplexe Gesamtprozesse dieser Art werden grundlegend andere Mechanismen aufweisen als die heutigen Mensch-Maschine Paare.