Je leest:

Bouwstenen voor de volgende informatierevolutie

Bouwstenen voor de volgende informatierevolutie

Auteur: | 12 mei 2010

Zo’n honderdvijftig onderzoekers hebben de afgelopen vijf jaar nieuwe bruggen gebouwd tussen fundamentele informatica en haar toepassingen in de moderne informatiemaatschappij. Ruimte geven aan de ontwikkeling van de fundamenten van de informatica is wat het NWO-programma BRICKS beoogde.

De successen van de computer en de iPhone, van Google, YouTube, Twitter en Facebook laten zien hoezeer de computer en het internet in twintig jaar tijd verlengstukken van ons hele doen en denken zijn geworden. Het is verleidelijk om de wetenschap van de informatica alleen maar te zien als één die gericht is op dit soort toepassingen.

Vele succesvolle toepassingen zijn echter alleen maar mogelijk als de informatica ook voldoende ruimte geeft aan de ontwikkeling van de fundamenten van het vakgebied. Dus aan vragen als: Wat is informatie? Wat is berekenbaar? Wat is intelligentie? en Bestaan er algemene informatiewetten?

Prof. dr. Jan van Leeuwen

‘Ruimte geven aan de ontwikkeling van de fundamenten van de informatica is precies wat we met het onderzoeksprogramma BRICKS voor ogen hadden’, aldus hoogleraar Informatica Jan van Leeuwen van de Universiteit Utrecht, tevens lid van het managementteam van BRICKS. Basic Research in Informatics for Creating the Knowledge Society was een landelijk informatica-onderzoeksprogramma dat liep van 2004 tot 2010.

‘Veel ICTprojecten zijn vooral toegepast’, zegt Van Leeuwen. ‘Dat is heel mooi, maar je moet het fundamentele onderzoek daarbij niet vergeten. De informatica kent een unieke interactie tussen wetenschappelijke ontdekkingen en nieuwe toepassingen. De een kan niet zonder de ander; ze stimuleren elkaar.’

Neem bijvoorbeeld het werk van promovendus Guido Diepen aan de Universiteit Utrecht. Diepen ontwikkelde binnen BRICKS een nieuw algoritme om een planningsprobleem van luchthaven Schiphol sneller op te lossen dan voor mogelijk werd gehouden. Bij dit planningsprobleem is de vraag welk geland vliegtuig je aan welke vaste gate moet toekennen en welke bus naar welke losse gate moet rijden om passagiers op te halen.

Als de planning niet goed werkt, dan gebeurt dit.
Flickr, aj82

Momenteel lost Schiphol eerst het gatetoekenningsprobleem op en worden de uitkomsten daarvan gebruikt voor de oplossing van het bustoekenningsprobleem. Maar een optimale oplossing voor de gatetoekenning kan leiden tot een verre van optimale oplossing voor de bustoekenning. Diepen heeft laten zien dat je beide toekenningsproblemen beter tegelijkertijd kunt oplossen en hij heeft laten zien hoe dat efficiënt kan.

‘De oplossingsmethode die Diepen heeft ontwikkeld’, vertelt Van Leeuwen, ‘kun je voor allerlei typen toewijzingsproblemen gebruiken, niet alleen voor het Schipholprobleem. Het is belangrijk om zonder eisen vooraf te kunnen experimenteren met ideeën om planningsproblemen op te lossen. Dat het om vliegtuigen gaat, is aan de ene kant onbelangrijk voor de ontwikkeling van een nieuw stuk fundamentele informatica, maar levert aan de andere kant natuurlijk wel meteen een mooie toetssteen.’

Schatgraven

In totaal hebben zo’n honderdvijftig onderzoekers aan BRICKS meegedaan, waarvan 36 promovendi. Ze werkten aan onderwerpen als digitale veiligheid, schatgraven in databergen, automatische beeldinterpretatie, sneller internet, betrouwbare software en kwantumcomputers. ‘Het opleiden van 36 jonge mensen binnen een promotietraject zie ik als het belangrijkste resultaat van het onderzoeksprogramma’, aldus BRICKS-projectleider Jan Verwer van het Centrum Wiskunde & Informatica (CWI).

‘Voordat het programma in 2004 van start ging, dreigde de fundamentele informatica onder te sneeuwen door thematische aanpakken die van meet af aan gericht zijn op een bepaald praktisch doel. Maar het voordeel van fundamenteel onderzoek is dat het uiteindelijk vaak op uiteenlopende praktische terreinen toepasbaar blijkt. BRICKS heeft laten zien dat fundamenteel onderzoek zeer waardevol is voor latere toepassingen.’

Zo leidde het jarenlange fundamentele onderzoek van theoretisch informaticus Paul Vitányi van het CWI naar de vraag hoe je de complexiteit van informatie wiskundig beschrijft tot onverwachte praktische toepassingen. Vitányi ontwikkelde een formule die razendsnel berekent in welke mate bijvoorbeeld virussen, diersoorten, muziekstukken of boeken op elkaar lijken, zonder er ook maar enige voorkennis van te hebben.

Bestanden vergelijken in boomstructuur

Hoe kan een computer berekenen of dingen op elkaar lijken? Dat werkt zo: elk digitaal bestand bestaat uit een reeks enen en nullen. Tenzij een bestand alleen maar uit ruis bestaat, zit er altijd wel enige structuur in, bijvoorbeeld een terugkerend patroon van vijf enen of nullen achter elkaar.

Speciale compressieprogramma’s – zoals bijvoorbeeld het programma zip dat op de meeste computers staat – herkennen die structuur en gebruiken die om bestanden compacter op te slaan. Vitányi’s compressieformule berekent voor elk paar van bestanden hoezeer ze op elkaar lijken en creëert ten slotte een boomstructuur waarin bestanden die meer op elkaar lijken ook dichter bij elkaar zitten in die boomstructuur.

Stemcomputer

De informatica als vakgebied ontstond in de jaren vijftig van de vorige eeuw. Vakgebieden als wiskunde, natuurkunde en sterrenkunde waren toen al vele eeuwen oud. Dat biedt voordelen. Waar de maatschappij het normaal vindt dat natuur- of sterrenkundigen ook theorieën ontwikkelen die alleen maar intellectuele vergezichten bieden zonder directe toepassing, daar wordt de informatica vooral afgerekend op de producten die ze de samenleving oplevert.

Eén van de stemcomputers waar Nederland in 2006 massaal mee stemde.
Flickr, Michiel Thomas

Juist omdat de informatica zo’n jong vakgebied is, is het voor velen nog wennen dat de informatica ook een wetenschap is die hoogstaande abstracte kennis genereert. Het overhaast invoeren van de elektronische stemmachine heeft laten zien waartoe een tekort aan fundamenteel informaticaonderzoek kan leiden. Geef een bedrijf de opdracht om een stemcomputer te bouwen en er komt een stemcomputer. Maar zonder fundamenteel onderzoek naar de veiligheid ervan, is de kans groot dat die stemcomputer al weer snel bij het grofvuil kan.

Binnen BRICKS hebben onderzoekers laten zien dat het wel degelijk veiliger kan, maar dat dit wel fundamenteel onderzoek vergt, wat nu eenmaal tijd kost. Digitale veiligheid komt niet zomaar aanwaaien. ‘Het sterke punt van de informatica’, betoogt Van Leeuwen, ‘is dat ze zoveel succesvolle toepassingen oplevert. De schaduwkant hiervan is dat de informatica als wetenschap te veel wordt afgerekend op alleen maar die toepassingen.’

‘Je kunt informatica zien als een drietrapsraket. De eerste trap is de wetenschappelijke theorie. De tweede trap is de modellering. Hierin spelen algoritmen, ofwel de rekenrecepten van de computer, een centrale rol. De derde en laatste trap is het maken van een praktisch ontwerp. Denk aan het ontwerp van de NS-dienstregeling of het ontwerp van veilingsite eBay. Deze drietrapsraket theorie-model-ontwerp kan alleen maar succes boeken als we ook de ruimte geven aan de ontwikkeling van de fundamenten van de informatica, aan de eerste twee trappen van de raket. En dat is precies wat we in het BRICKS-programma hebben gedaan: het ontwikkelen van de fundamenten van de informatica, met in het achterhoofd de toepassing ervan in de moderne informatiemaatschappij.’

Historie van de informatica

Lees meer over informatica op Kennislink

Oeps: Onbekende tag `feed’ met attributen {"url"=>"https://www.nemokennislink.nl/kernwoorden/informatica/index.atom", “max”=>"5", “detail”=>"minder"}

Dit artikel is een publicatie van Hypothese, NWO-blad voor de wetenschap.
© Hypothese, NWO-blad voor de wetenschap, alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 12 mei 2010

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.