4. Herausforderungen an die Informatik

Daß die Informatik sich als Wissenschaft erfolgreich entwickelt hat, darf nicht darüber hinwegtäuschen, daß sie in manchen Fragestellungen nur langsam Fortschritte erzielt. Dabei handelt es sich vielfach um Fragestellungen großer grundsätzlicher oder technischer Bedeutung. Einerseits erlaubt   unser Stand an
Informatik-Wissen oft nicht, bereits vorhandene oder sich abzeichnende
technologische Möglichkeiten auszubeuten. Andererseits sind den Informatikern viele Probleme der Anwendungen bekannt, für die inzwischen
gute informatische Lösungen gefunden sind, ohne daß die Überführung in die
Praxis gelingt. Schließlich weisen Anwender immer wieder nach,   daß im
Prinzip anwendbare informatische Lösungen den praktischen Bedürfnissen nicht genügen und verbessert werden müssen. Ein erfolgreiches Vorankommen wird für die Informatiker nur möglich sein durch enge Kooperation untereinander. Dasselbe gilt für die   Anwender des Informatikwissens in allen Bereichen; die Technologen und Informatiker werden einander nötig haben.

Im folgenden werden einige der Herausforderungen an die Informatik betrachtet. Unter ihnen sind viele, an deren Bewältigung seit Jahrzehnten intensiv gearbeitet wird. Viele liegen den Projekten zugrunde, die an den Forschungs-
und Lehreinheiten der Fakultät für Informatik betrieben werden.

Die grundsätzliche Herausforderung an die Informatik (wie an jede technische Wissenschaft) ist, nach vorgegebenen Spezifikationen ein technisches System zu konstruieren. Sehr oft stellt bereits die exakte Formulierung der
Anforderungen eine große Hürde dar. Die Grenze der noch beherrschbaren Systeme ist von den Informatikern langsam zu immer komplexeren Systemen verschoben worden. Es ist absehbar, daß wachsende Wünsche eine weitere Verbesserung der Entwurfstechnik erforderlich machen. Wegen der Bedeutung
informationsverarbeitender Vorgänge in allen technischen Systemen haben Verbesserungen in diesem Bereich Auswirkungen auf alle Ingenieurwissenschaften.

Die Verbesserung der Entwurfstechnik wird von vielen Seiten, zum Beispiel durch die Entwicklung von Sprachen und Werkzeugen, angegangen; notwendig ist aber auch eine bessere Einsicht in das Verhalten des Menschen als Entwerfer und ebenso in das der Gruppe, die beim Entwurf eines Systems zusammenwirkt.

In vielen Anwendungen ist es erforderlich, daß das System und die in ihm
ablaufenden Vorgänge gegen unbefugte Manipulation gesichert sind. Das
kann heißen, daß jeder Eingriff in das System zwangsläufig registriert
wird. In anderen Fällen ist gerade zu fordern, daß Personen das System benutzen können, ohne daß dieses Dritten offenbar wird. Zwar sind Verfahren, mit denen solche Anforderungen erfüllt werden können, seit einiger Zeit bekannt, ihr Zusammenwirken bei der Sicherung großer Systeme stellt eine erhebliche Herausforderung dar.

Grundlegende Forderung ist, daß einem System keine - oder zumindest keine
unerkannten - Fehler unterlaufen. Kein technisches System kann diese Forderung vollständig erfüllen. Die Umgebung vor den Folgen technischer Fehler zu schützen, ist eine ganz selbstverständliche Forderung an solche technische Systeme, in denen der Rechner auf die Umgebung wirkende Steuerfunktionen übernimmt. Viel weniger verstanden und trotzdem bedeutsamer ist die Abwendung von Schaden von unserer rechtlichen, wirtschaftlichen, gesellschaftlichen und politischen Ordnung durch den massenhaften Einsatz von Rechnern. Zu wenig verstanden sind auch die Einwirkungen, die der Rechnereinsatz auf das Denk- und Kommunikationsverhalten von einzelnen Personen und Gruppen hat.

Eine weitere Herausforderung für die Informatik ist die Mitwirkung von Laien bei der Gestaltung von Arbeitsplätzen und von Arbeitsverfahren, die sich auf Rechner stützen. Aus technologischen Zwängen haben wir uns über Jahrzehnte
daran gewöhnt, daß der Mensch der Bediener des Rechners ist. Wir haben aber
nicht gelernt, wie Laien sich ihren Umgang mit dem Rechner so gestalten können, daß er ihren Bedürfnissen entspricht.

Die beiden letzten Jahrzehnte haben die Technik des Umgehens mit Rechnern weitgehend verändert. An die Stelle des starren Austausches von Texten ist interaktives, graphisches Arbeiten getreten. Aber noch immer wird das äußere Bild der Rechner von Tastaturen und Bildschirmen geprägt, die als Mittel der Eingabe und Ausgabe nicht angemessen sind. Rechner, die sich den Anforderungen der Benutzer anpassen, müssen eher wie aktive Schreib- und Zeichentafeln handhabbar sein und Bilder und Texte wie auch Sprache ein- und ausgeben. Obwohl Techniken dafür seit längerem bekannt sind , sind sie noch weit von Perfektion entfernt, und angemessene informatische Interaktionstechniken fehlen noch. "Multimediale" Informationsdarstellungen sind inzwischen schon auf billigen Rechnern zu finden. Dabei werden zunächst einzelne Ausgabetechniken, die sich an anderer Stelle bewährt haben, wie Textausgabe, Audio- oder Video-Wiedergabe, lediglich miteinander kombiniert. Die Entwicklung von wirklich angemessenen Techniken für Informationsdarstellung auf Kommunikationskanälen wird sich wohl von den überkommenen Formen weitgehend ablösen, die Entwicklung neuer Formen der Interaktion zwischen dem Menschen und dem technischen System stellt eine besondere Herausforderung dar.

Eine zusätzliche Herausforderung stellt sich durch die wachsende Frequenzbandbreite der technischen Kommunikation. In den kommenden
Jahrzehnten wird durch den vermehrten Einsatz von Glasfaserkabeln und Satelliten die bestehende Grenze überwunden.

Erst seit etwa zwanzig Jahren haben wir uns davon losgemacht, daß Rechner vorbereiteten Programmen folgen, die für jede Variante des möglichen Verlaufs den Gang der Lösung konkret beschreiben. Mit der Einführung von wissensgestützten Verfahren ist es in einem gewissen Umfang gelungen, das zur Lösung erforderliche Sachwissen in geeigneter Form im Rechner darzustellen und daraus durch ein allgemeines Problemlösungsverfahren - oft über eine lange Kette von Schlußfolgerungen - lösende Programme finden zu lassen. Unsere Techniken der Wissensdarstellung und der Schlußfolgerung sind zwar prinzipiell
mächtig, aber offenbar für viele Sachgebiete praktisch unzureichend.
Insbesondere gilt das auch für unsicheres und für zeitabhängiges Wissen.
Wahrscheinlich wird die Informatik mit einem ganzen Spektrum von verschiedenartigen Techniken der Wissensdarstellung und der Schlußfolgerung leben müssen. Zwischen diesen Techniken müssen Übergänge entwickelt werden. Die Akquisition des erforderlichen Wissens wird heute in Ansätzen automatisch geleistet. Diese Verfahren müssen beträchtlich ausgebaut werden, und es muß gelernt werden, wie man aus dem konkreten Wissen wirksame Abstraktionen und Modelle aufbaut.

Seit Jahrzehnten bemühen sich Informatiker, Nebenläufigkeit und Verteilung, zwei grundlegende Freiheitsgrade im Entwurf von informationsverarbeitenden Systemen, besser zu verstehen und technisch nutzbar zu machen. Die technologischen Voraussetzungen dafür sind durch die Mikroelektronik, die billige und zuverlässige Prozessorbausteine liefert, und durch die Breitbandkommunikation außerordentlich günstig geworden. Trotzdem läßt sich aus dem langsamen Voranschreiten ablesen, daß die Bewältigung dieser
Freiheitsgrade noch über Jahrzehnte eine Herausforderung darstellen wird.
Dabei fehlt es insbesondere an globalen Konzepten der Arbeitsteilung und Kooperation in Systemen, die aus vielen, weitgehend autonomen Aktoren
bestehen. Während die Zerlegung der Systemfunktion in Hinblick auf die
Nebenläufigkeit und Verteilung heute ein wesentlicher Schritt des
Systementwurfs ist, sind Systeme aus weitgehend autonomen Aktoren denkbar, die sich in wettbewerblicher Weise für die gemeinschaftliche Erbringung der Systemfunktion organisieren.

Um etwa 1980 wurde die Idee offener Systeme geboren. Diese entstehen durch Bausteine, die in ihrem Verhalten nach außen konsistenten Konzepten folgen und damit bei der Konstruktion des Systems freizügig miteinander kombinierbar sind. Von größter wirtschaftlicher Tragweite ist, daß die offenen Systeme die
Emanzipation aus der Abhängigkeit von einzelnen Herstellern versprechen. Die praktische Nutzung dieses Ansatzes ist immer noch schwierig und verlangt in vielen Fällen zu viel Informatik-Wissen, um denjenigen zu nützen, für die dieses Konzept bestimmt ist. Zugleich ist abzusehen, daß sich die Konventionen offener Systeme verändern müssen, wenn der informatische Fortschritt nicht durch sie verhindert werden soll. Damit stellt sich die Interoperabilität von Bausteinen von informationsverarbeitenden Systemen (mögen sie Geräte oder Programme
sein) als eine ganz wichtige Herausforderung für die kommenden Jahrzehnte dar.

Eine weitere Aufgabe der Informatik besteht in der Bewältigung der Speicherung und Wiederauffindung von Information. Die Technologie der magnetischen und optischen Speicher erlaubt bereits heute, die Informationsvorräte, auf die wir privat oder im Beruf zurückgreifen, außerordentlich kompakt und sicher zu speichern. Indem diese Information der maschinellen Verarbeitung zugänglich gemacht wird, bieten sich neuartige Verfahren der Wiederauffindung an, die es uns allein möglich machen werden, die oft erdrückend anmutende Informationsflut zu unserem Nutzen einzusetzen.

Als letzte Herausforderung, vielleicht zunächst weniger auffällig, sei das Eindringen der Informatik als Arbeitstechnik in andere Wissenschaften betrachtet. Dabei ist nicht so sehr an das inzwischen allgegenwärtige Aufsetzen von Texten mit Hilfe des Rechners gedacht, sondern an elementare Techniken des menschlichen Geistes, die zwar lange bekannt, aus zwingenden praktischen Begrenzungen jedoch nur sparsam für Computer einsetzbar gewesen sind. Hierzu gehören Gedankenexperimente, also Simulation, die es erlaubt, im Experiment auf dem Rechner das Verhalten beliebiger fiktiver oder realer Systeme zu erkunden. Das Verhalten kann wie ein Film visualisiert werden, kann die Phantasie anstoßen, kann Folgerungen oder Variationen des Experimentes
nahelegen. In diesem Zusammenhang wird das automatische Beweisen von Theoremen ein Hilfsmittel sein, Hypothesen zu verifizieren oder zu falsifizieren. Recherchen in einer Wissensbasis lassen die gewünschten Sachverhalte womöglich aufklären.

Derartige Techniken werden Wissenschaften verändern, wie das in einigen
Fällen bereits geschehen ist. Es wird dabei wichtig sein, auch das intuitive
Denken zu unterstützen, wenn nicht der Rechnereinsatz zur Verarmung statt
zur Bereicherung führen soll.

Friedrich L. Bauer
Wilfried.Brauer@informatik.tu-muenchen.de
Eike.Jessen@informatik.tu-muenchen.de
Manfred.Broy@informatik.tu-muenchen.de

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