Besuch im Deutschen Museum in Bonn

Wir waren im Deutschen Museum in Bonn-Plittersdorf. Dort war ich zuletzt als Kind, und fand es sehr spannend dort. Und jetzt kann ich die Sachen aus einem ganz neuen Blickwinkel betrachten. Natürlich hat sich das Museum auch weiterentwickelt, der Schwerpunkt ist jetzt bei künstlicher Intelligenz. Auf der Webseite sah die Aufbereitung sehr vielversprechend aus. Vor der Tür steht wie gehabt der Transrapid.

Innen gibt es zuerst einen kleinen Rundgang durch die Jahrzehnte der Nachkriegszeit, einige Erfindungen und alles zum Anfassen. So hatten sie als erstes ein Theremin, ein Musikinstrument das durch elektrische Felder gesteuert wird und entsprechend ohne Anfassen gespielt werden kann.

Weiter hatten sie noch einen Bass, dessen Saite mit einem Laser abgetastet und so die Schwingungen über einen Lautsprecher ausgegeben wird. Weiter hatten sie auch noch eine kleine Station, an der man den Druckabfall in bewegter Luft (Bernoulli) direkt erleben kann. Davon habe ich versäumt ein Foto zu machen. An der Station kann man mit eigenen Händen erleben, die kontraintuitiv die Strömungsdynamik sein kann.

Eine weitere Station hatte vier verschiedene Bahnen, durch die man Kugeln rollen lassen konnte. Dabei ist die Kugel auf jener Bahn am schnellsten, die am steilsten nach unten geht. Die Strecke ist zwar länger, jedoch legt die Kugel sie schneller zurück. Das ist auch wieder kontraintuitiv und daher interessant. Im Physikstudium lernt man, wie man derartige Kurven dann durchrechnen kann. Ich war irgendwie dankbar, dass ich das einfach so spielerisch genießen konnte.

Dann hatten sie eine Wasserbahn, allerdings mit Lotus-Effekt beschichtet. Und so sind die Wassertropfen dort einzeln heruntergerutscht, ein lustiger Anblick.

Es gab noch ein paar weitere Ausstellungsstücke. So hatten sie einen Drehteller, auf den man eine Kugel als Kreisel drehen lassen konnte. Und das ist direkt ganz schön viel Physik involviert. Die drehende Kugel ist ein Kreisel, und die sich drehende Platte bringt immer mehr Energie in das System rein. Wenn man das berechnen will, muss man die zweidimensionale Position der Kugel und die drei Drehwinkel betrachten. Zusammen mit den Impulsen sind das dann 10 Freiheitsgrade. Durch die drehende Platte ist auch die Energie und der Drehimpuls nicht erhalten, das macht es zu einem wirklich komplexen System. Das schöne ist, dass man damit einfach herumspielen kann, ohne sich den Kopf zu zerbrechen:

Und ich finde es total cool zu beobachten. Die Kugel scheint kreisförmige Bewegung auf dieser Platte zu vollziehen. Und sie ist da erstaunlich stabil und kann irgendwie durch Eigenrotation die Bahnkurve stabilisieren.

Teilchen- und Atomphysik

Weiterer Schwerpunkt der Ausstellung ist die Teilchen- und Atomphysik. Direkt hinter dem ersten Gang findet man ein Teil eines Linearbeschleunigers. Da ist ein bisschen erklärt, wie so ein Teil funktioniert.

Dann steht da noch eine Nebelkammer. Das ist wirklich immer cool, denn dort kann man radioaktive Zerfälle in Echtzeit beobachten.

Das Modell der Paul-Falle hatten sie schon früher. Da kann man den Taster betätigen und die Kugeln aufsetzen lassen. Das habe ich früher immer wieder gemacht, weil es einfach so faszinierend ist.

Und im Untergeschoss steht noch ein Teil von einem Synchrotron von der Uni Bonn. Da kann man noch ein bisschen sehen, wie so ein Teil funktioniert.

Künstliche Intelligenz

Das Hauptthema der Ausstellung scheint künstliche Intelligenz zu sein. Und ich arbeite seit ungefähr zwei Jahren im Bereich deep learning, kenne das Thema also ganz gut. Und ich bin hellauf begeistert von dieser Ausstellung! Auf den ersten Bildschirmen haben sie ein einzelnes Neuron erklärt, aus denen die neuronalen Netzwerke zusammengesetzt werden. Dabei kann man verschiedene Aktivierungsfunktionen ausprobieren.

Auf dem nächsten Bildschirm kann man ein einfaches neuronales Netzwerk trainieren. Es soll RGB-Farben danach klassifizieren, ob weißer oder schwarzer Text darauf besser lesbar ist. Das Netzwerk besteht aus einem dense layer mit drei Neuronen, es hat also eine 3×3 Matrix mit Gewichten und 3 bias. Danach kommt ein weiterer layer mit nur einem Element. Danach wird wohl eine sigmoid Funktion genutzt und es gibt die Präferenz für die Textfarbe aus. Zuerst hat man eine Trainingsphase, in der man einfach immer das besser lesbare antippen soll. Danach kann es vorhersagen machen. Hier im Bild sieht man ein Pink, wobei hier das Netzwerk eine starke Präferenz für weißen Text ausgibt. Irgendwas stimmte da nicht.

Ich weiß wie es funktioniert und sehe alle wichtigen Teile dort. Es wurde auch per Animation der forward pass und die back propagation gezeigt. Allerdings ist es wohl überfordernd, wenn man es noch nicht kennt. Jedoch ist das Thema auch komplex, und diese Ausstellung kann es einem vielleicht etwas näherbringen.

Das nächste war eine Bildklassifizierung, und die Umsetzung ist wirklich sehr gut. Es fängt an auf einem Tisch mit einer Kamera und diversen Dingen, die man dort hinstellen kann.

Dann kann man auf elf großen Fernsehern beobachten, was in den verschiedenen Ebenen des Netzwerkes passiert. Dazu gleich mehr. Im Vordergrund sieht man noch ein Tablet, mit dem die Wirkung einer Faltung mit einem 3×3 Kernel nachvollziehen kann. Auch das ist sehr schön gemacht worden, man kann den Effekt verschiedener Kernel direkt ausprobieren.

An den Bildschirmen sieht man dann die einzelnen Features der Layer. Das hier ist das Ergebnis mit dem Elefanten und dem max pool layer. Man sieht, wie manche Filter auf die Textur gehen, andere gehen mehr auf die Kontur. Es ist wirklich spannend den Filtern irgendwelche Namen zu geben.

Auf dem letzten Bildschirm sieht man die drei dense layer, die die Klassifikation machen. Nach einem Softmax kann man dann die Wahrscheinlichkeit für die verschiedenen Klassen anschauen. Das Netzwerk ist sich hier sehr sicher, dass es ein Triceratops ist. Naja.

Das ganze funktioniert live, man kann die Objekte vor der Kamera bewegen und sieht direkt die Änderungen in den ganzen Layern. Das ist echt ein sehr schönes Spielzeug. Diese Art der Visualisierung findet man auch im Buch von Chollet¹, jedoch ist das so live mit vielen Bildschirmen einfach noch toller.

Ich kann den Besuch in dem Museum echt empfehlen!