Schwarmintelligenz: Roboterschwarm formt eigenständig Buchstaben

Einem Forscherteam der Harvard Universität Cambridge, im US Bundesstaat Massachusetts, ist erstmals ein Versuch mit 1.024 kleinen Robotern, sog. Kilobots, gelungen, in dem sich diese mittels Schwarmintelligenz selbst organisieren.

In der Vergangenheit habe ich schon über verschiedene Szenarien und Fähigkeiten von Robotern geschrieben. Hauptsächlich Boston Dynamics und die Darpa Roboter Challenge standen hier im Mittelpunkt. Doch dabei ging es immer um das Verhalten eines einzelnen Roboters, der zumeist von außen gesteuert wird.

Schwarm Roboter, intelligente Droiden die miteinander kommunizieren, um einfache Aufgaben zu erledigen, gibt es schon seit längerem. Aber bisher ist es Forschern gelungen gerade mal 100 von ihnen zusammen arbeiten zu lassen. Die Nachbildung von einfachen Formen und Buchstaben mit 1.024 Robotern an der Harvard School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) kommt nun dem Schritt in eine neue Ära gleich. Sie wurden unterstützt von einem Kernteam der Fakultät des  Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering an der Harvard University. Die Forschergruppen des SEAS und des Wyss Institute zeichnen im übrigen auch verantwortlich für den sich selbst entfaltenden Origami Roboter, über den wir gestern berichtet haben.

Harvard Professorin Radhika Nagpal’s Labor setzte bei einfachen Organismen oder riesigen Ameisen Populationen an, die sich zusammen schließen um Arbeiten gemeinsam zu erledigen.

„The beauty of biological systems is that they are elegantly simple — and yet, in large numbers, accomplish the seemingly impossible,” Professor Nagpal told The Harvard Gazette. (Mashable)

Dies entspricht auch den Ursprüngen der Erforschung künstlicher Intelligenz, wie sie in Wikipedia beschrieben werden:

Schwarmintelligenz (engl. swarm intelligence), das Forschungsfeld der Künstlichen Intelligenz (KI), das auf Agententechnologie basiert, heißt auch Verteilte Künstliche Intelligenz (VKI). Das Arbeitsgebiet versucht, komplexe vernetzte Softwareagentensysteme nach dem Vorbild staatenbildender Insekten wie Ameisen, Bienen und Termiten, sowie teilweise auch Vogelschwärmen zu modellieren. Gerardo Beni und Jing Wang hatten den Begriff swarm intelligence 1989 im Kontext der Robotikforschung geprägt.

Die Kilobots

Die in dem Versuch verwendeten Kilobots sind gerade mal so groß, wie eine zwei Euro Münze. Sie stehen auf drei starren Beinchen und werden von zwei Vibrationsmotoren, gespeist von einem Lithium-Ionen Akku, angetrieben. Laufen beide Motoren, bewegt sich der Kilobot geradeaus. Ist nur einer an, vollführt der Kilobot eine Kurvenbewegung. Die Kleinstroboter kommunizieren mittels Infrarotlicht miteinander und verwandeln sich schrittweise in die gewünschte Form.

Bekommen diese Roboter nun eine Vorgabe, arbeiten sie völlig autark: Vier der Roboter markieren den Ursprung eines Koordinatensystems und davon ausgehend richten sich alle anderen Kilobots völlig selbstständig anhand des übermittelten 2D-Bildes aus und finden ihre endgültige Position. Dazu werden dauernd neue Gradienten errechnet und per Infrarot-Signal weiß jeder Roboter, wo er sich befindet, bzw wo sein Nachbar ist.

Bild von Mike Rubenstein/SEAS

Bild von Mike Rubenstein/SEAS

Die Kilobots korrigieren auch ihre eigenen Fehler. Wenn sich ein Stau bildet oder ein Roboter den eingeschlagenen Kurs verlässt – Fehler die in größeren Gruppen um so häufiger vorkommen – erkennen dies die umliegenden Roboter und kooperieren um das Problem zu lösen.

Freilich dauert der ganze Organisationsprozess noch recht lange. Wie in dem obigen Video zu sehen ist, handelt es sich um eine Zeitraffer Aufnahme. Für die Darstellung eines Maulschlüssels brauchten die Kilobots 6 Stunden, für den Buchstaben K und einen Seestern fast 12 Stunden.

Als kleine Randnotiz sei erwähnt, dass die Kilobots unter einer Creative Commons attribution-NonCommercial-ShareAlike 3.0 Unported (CC BY-NC-SA 3.0) stehen. Das heißt die zugrundeliegende Software und Hardware kann für nicht-kommerzielle Zwecke genutzt werden. Die Kosten für einen Kilobot liegen bei 50 Dollar, bei 100 Stück, und lassen sich auf nur 20 Dollar, bei einer 1.000 Stück Produktion, senken.

Radhika Nagpal ist sich sicher, dass wir eine zunehmende Zahl von Robotern sehen werden, die zu hunderten zusammen arbeiten. Entweder indem sie Umweltschäden beseitigen, im Katastrophenfall zum Einsatz kommen oder aber millionenfach als selbstfahrende Fahrzeuge auf unseren Straßen zum Einsatz kommen.

Mit Material von heise.de und Mobilegeeks. Die Originalmeldung findet sich in der Harvard Gazette.

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