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07:00 27.12.2018
Forscher haben Roboterschwarm entwickelt. Quelle: dpa
Barcelona

Das Ganze ist mehr als die Summe seiner Teile: Eine europäische Forschergruppe hat einen Schwarm aus Hunderten von Mini-Robotern so programmiert, dass diese einzelnen untereinander kommunizieren und selbstständig die Form ihres Schwarms wechseln. Solche Schwärme könnten eines Tages eigenständig komplexe Aufgaben übernehmen – etwa nach Katastrophen Trümmerfelder erkunden oder Brücken mit unterschiedlichen Formen bauen. Die Wissenschaftler um James Sharpe vom Barcelona Institute of Science and Technology stellen ihre Entwicklung im Fachjournal „Science Robotics“ vor.

„Wir zeigen, dass es möglich ist, die Konzepte der Natur der Selbstorganisation auf menschliche Technologien wie Roboter anzuwenden“, wird Sharpe in einer Mitteilung des Europäischen Laboratoriums für Molekularbiologie (EMBL) zitiert. Im Unterschied zu menschengemachter Technik bleibe etwa organisches Gewebe als Ganzes erhalten, auch wenn einzelne Zellen abstürben, sagt er. „Wenn eine Komponente eines Automotors ausfällt, führt dies normalerweise zu einem nicht funktionierenden Auto.“

Informationen über Infrarotstrahlung

Die Forscher verwendeten in ihren Versuchen meist Hunderte sogenannte Kilobots – vor einigen Jahren entwickelte Roboter, die nicht größer als eine Münze sind. Sie können sich vibrierend bewegen und Informationen über Infrarotlicht austauschen. Da die ausgesendete Infrarotstrahlung lediglich eine Reichweite von etwa zehn Zentimetern hat, erreichen die Roboter nur ihre Nachbarn – ähnlich wie bei Körpergewebe, in dem sich Zellen über Moleküle mit den direkten Nachbarn austauschen.

Einzige Vorgabe der Forscher sind Grundregeln, wie jeder Roboter mit seinen Nachbarn interagiert. Damit der Schwarm bestimmte Formen annehmen kann, tauscht jeder Roboter Informationen zu seiner Anordnung mit den Nachbarn aus und zeigt seine Stellung nach außen durch farbiges LED-Licht an. Mit Hilfe mathematischer Gleichungen wird dann das Gesamtmuster berechnet. Die Grundlage der Berechnungen bildet der sogenannte Turing-Mechanismus, der auf den britischen Mathematiker Alan Turing (1912-1954) zurückgeht.

„Es sieht regelrecht organisch aus“

So änderte der aus etwa 300 Robotern bestehende Schwarm in etwa drei Stunden seine Form aus einem Kreis zu einem kreuzförmigen Gebilde. Verringerten die Wissenschaftler die Schwarmgröße auf 110 Roboter, entstanden nur drei Ausstülpungen in der Form des Buchstaben T. Auch wenn die Formen in jedem Experiment etwas anders aussahen, so waren sie sich doch immer ähnlich.

„Es ist schön zu sehen, wie der Schwarm Formen annimmt, es sieht recht organisch aus“, schwärmt Koautorin Sabine Hauert von der englischen University of Bristol. Während bei früheren Schwärmen in der Regel alle Roboter eine Vorgabe der angestrebten Form besaßen, erzeugten Sharpe und Kollegen die jeweiligen Formen nur durch Kommunikation der Roboter mit ihren Nachbarn, ohne übergeordneten Masterplan.

Brücken über Flüsse bauen

„Dies ist ein Schritt auf dem Weg zur Entstehung einer funktionellen Formbildung in Roboterschwärmen nach Prinzipien der selbstorganisierten morphogenetischen Technik“, schreiben die Forscher. Damit könne man möglicherweise eines Tages nach einem Erdbeben Tausende solche Mini-Roboter einsetzen, die etwa die Umgebung erkunden oder Brücken über Flüsse bauen und danach andere Formen annehmen. „Ein solcher Schwarm könnte auch dann noch weiter funktionieren, wenn einzelne Roboter beschädigt sind“, sagt Ko-Autor Daniel Carrillo-Zapata von der University of Bristol.

Von RND/dpa

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