Von intelligenten Schwärmen und cleveren Robotern

Der Begriff der Schwarmintelligenz (englisch „swarm intelligence“) steht in der Biologie für die Funktionsweise kollektiver Intelligenz bei Insekten, die in hoch entwickelten sozialen Gefügen leben. Obwohl die Tiere grundsätzlich an Hierarchien gewöhnt sind, können sie auch ohne diese sinnvoll agieren. In einem dezentralen, kollektiv funktionierenden System bilden sie komplexe Strukturen, jedes Individuum kommuniziert gewisse Veränderungen seiner Umgebung über hormon- oder lichtbasierte Nachrichten-Codes: die sogenannte Stigmergie. Mittels dieser Signale können den anderen Mitgliedern der Gruppe der einzuschlagende Weg oder entscheidende Zielobjekte mitgeteilt werden. In der Robotik ist die Nachahmung derartiger Systeme per Interaktion vieler kleiner Einzelroboter oft effizienter als die Nutzung einer einzigen komplexen Maschine: Der  Ausfall nur eines Elements bedeutet noch keine Gefährdung des Ablaufs, da jedes Teil autonom funktioniert und relativ kostengünstig gewartet und repariert werden kann.
Auch andere Innovationen nehmen sich ein Beispiel an diesen Insekten-Gemeinschaften:

Roboter-Bienen zur Rettung der Biodiversität

Die Bienen sind in Gefahr: Klimawandel und menschliches Bevölkerungswachstum stellen eine ernsthafte Bedrohung dar, und sollten sie gar aussterben, könnte dies katastrophale Folgen für die Biodiversität des Planeten haben. Forscher der Freien Universität Berlin haben daher eine sogenannte RoboBiene entwickelt, die durch die Absonderung von Zuckerwasser den Bienentanz zur Mitteilung von Futterquellen imitiert. Jenseits des Atlantiks haben Harvard-Ingenieure Roboter-Bienen entwickelt, die in der Lage sind, im Team zu arbeiten: Diese RoboBees könnten in Zukunft Felder bestäuben und so die Aufgaben ihrer natürlichen Vorbilder nach deren Aussterben übernehmen. Doch auch weitere Anwendungen in den Bereichen Rettungswesen, Forschung oder Spionage sind denkbar: Dank ihrer Mobilität und Unauffälligkeit könnten die „Tierchen“ ganz unbemerkt Daten sammeln. Im Katastrophenfall könnte mit ihrer Hilfe eine erste Bestandsaufnahme erfolgen, bevor entsprechende Rettungsmaßnahmen eingeleitet werden. Auch wenn die genannten Einsatzmöglichkeiten geradewegs einem Spionagefilm zu entstammen scheinen, ist das vorrangige Ziel dieser Projekte doch die Erarbeitung innovativer technischer Lösungen im Dienste der Umwelt.

Die Robobiene kann den Bienentanz zur Mitteilung von Futterstellen nachahmen.

Ameisen zur Koordinierung von Rettungseinsätzen

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Forscherteams der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne haben am Beispiel der Ameise interaktive Arbeitskonzepte entwickelt: die  Swarm-Bots. Ameisen sind im Team beeindruckend effizient: Sie sind wahre Meister der Aufgabenteilung, wobei sie sich an ihre Umwelt anpassen, um das gesetzte Ziel dank perfekter Koordination schnell und wirkungsvoll zu erreichen.

Mithilfe bestimmter Lichtcodes und spezieller Tastrezeptoren können diese Robotermodelle sich gegenseitig erkennen und eine geeignete gemeinsame Vorgehensweise zur Überwindung von Hindernissen in ihrer Umgebung finden. Da sie nicht sehen und somit komplexe Hindernisse nicht erkennen können, haben Forscher der belgischen Universität Louvain eine Drohne entwickelt, die alle Vorgänge überwacht und die Teams optimal einsetzt. Die Kommunikation zwischen den ameisenähnlichen Robotern und der Drohne funktioniert mithilfe von LEDs und unter Berücksichtigung der räumlichen Gegebenheiten. Die perfekt aufeinander abgestimmten Gruppen sind in der Lage, Hindernisse wie zum Beispiel Steigungen zu überwinden, Gegenstände zu bewegen, die um einiges schwerer sind als sie selbst, oder gemeinsam Sprünge auszuführen. Aufgrund ihrer hohen Effizienz und Autonomie könnten sie bei komplexen Rettungsmaßnahmen in schwierigem Gelände künftig eine entscheidende Rolle spielen.

Die Drohnen der Freien Universität Brüssel sind in der Lage, verschiedene Aufgaben auszuführen: Überwinden von Hindernissen, Bewegen von Gegenständen

 

Termiten, Baumeister der Zukunft

Ebenso wie Ameisen sind auch Termiten in der Lage, ohne übergeordnete  Kontrollinstanz Teamarbeit zu verrichten und komplexe, differenzierte Strukturen zu entwickeln. Sie folgen nach dem Prinzip der Stigmergie instinktiv den von anderen Termiten gelegten chemischen Fährten und gelangen so zur „Baustelle“, um die Arbeit fortzusetzen. Sie sind vollkommen autonom und konstruieren zudem hochfunktionelle, perfekt an Umgebung und Klima angepasste Bauwerke, weshalb Planer und Architekten sich bereits bei der Errichtung von Einkaufszentren und Firmengebäuden an diesem Konzept orientiert haben.

Wissenschaftlern der Harvard Universität dienten sie als Vorbild für die Entwicklung kleiner Bauroboter mit einfachen Bewegungsabläufen (vorwärts, rückwärts, Drehung) sowie einem Infrarot-Auge für die Interaktion mit der Umgebung. Diese Termiten-Roboter können in Rekordzeit erstaunliche Bauwerke schaffen.

Termiten-Roboter können vollkommen selbstständig Bauwerke errichten

Die auf dem Prinzip der Schwarmintelligenz beruhende Biomimetik könnte künftig einer der Schlüssel für den Umgang mit kritischen oder gar gefährlichen Situationen sein. In einer Zeit, in der gehäuft Natur- und Umweltkatastrophen auftreten, könnten mithilfe dieser Roboter effiziente und durchdachte Lösungen erarbeitet werden, insbesondere bei radioaktiven oder chemischen Störfallen sowie bei Zwischenfällen im maritimen Bereich, wo für Menschen ein Gesundheitsrisiko oder Lebensgefahr besteht.