Roboter zu Kammerjägern

Roboter als Butler, Soldaten oder planetare Kundschafter – an diesen Gedanken beginnen wir uns gerade zu gewöhnen. Dass die Kunstwesen aber eines Tages auch zur Bekämpfung von Ungeziefer taugen könnten, mutet eher seltsam an. Nicht so für die Wissenschaftler des LEURRE-Projektes: Die von ihnen konzipierten Roboter können tatsächlich das Verhalten von Kakerlaken beeinflussen. „Die autonomen ‚Insbots’ arbeiten mit speziell entwickelten Algorithmen, die auf Signale einzelner Insekten reagieren“, sagt Jean-Louis Deneubourg, theoretischer Biologe an der Freien Universität Brüssel und Koordinator des vor kurzem abgeschlossenen EU-Projekts, an dem auch französische und schweizer Forscher beteiligt waren. „Diese Interaktion ist einzigartig und für Wissenschaften wie Biologie und Robotik äußerst vielversprechend.“

Deneubourg und sein Kollege Josè Halloy forschen seit Jahren an mathematischen Modellen von Tierverhalten. Die dabei gewonnenen Erkenntnisse haben sie mit Robotik verknüpft, um herauszubekommen, ob sich Gruppen bildende Insekten in ihrem kollektiven Verhalten manipulieren lassen. Dazu entwickelten sie kleine Roboter mit Fahrgestell, Infrarotsensor und Bordelektronik – „Insbots“ genannt. Die sehen zwar den Sechsbeinern nicht ähnlich. Mit einem Trick verhinderten sie jedoch, dass die Tiere vor den größeren Insbots Reißaus nehmen: Sie versahen sie mit einem Stück Papier, das mit Kakerlaken-Pheromonen durchtränkt war - Duftstoffen für die Kommunikation zwischen Individuen. Damit rochen die Insbots für die Insekten wie Artgenossen.

Vier derart präparierte Roboter setzten sie dann mit einer Gruppe von zwölf Kakerlaken in eine Versuchsarena, in der sich zwei Unterstände befanden. Weil Kakerlaken gewöhnlich das Licht scheuen, sammeln sie sich nach einiger Zeit in dunklen Bereichen – so auch unter den Unterständen. In Experimenten hatten die Forscher dieses Kollektivverhalten analysiert. Die Insekten folgen dabei einigen wenigen Grundregeln: Ruht eine Kakerlake an einem bestimmten Ort für eine Weile, ist die Wahrscheinlichkeit hoch, dass eine andere sich hinzugesellt. Und Kakerlaken streben bevorzugt dahin, wo bereits mehrere Artgenossen versammelt sind. Umgekehrt verlassen sie eine solche Ansammlung nur selten, um die Umgebung zu erkunden.

Aus diesen Regeln entwickelten Deneubourg, Halloy und ihre Mitarbeiter ein mathematisches Modell, mit dem sich berechnen lässt, wie eine anfangs verteilt umherkrabbelnde Gruppe der Insekten solche Cluster bildet. Dieses Modell nahmen sie dann als Grundlage für den Bewegungsalgorithmus der Insbots. Die konnten mit Hilfe des Infrarotsensors Wände, Insekten und andere Roboter ausmachen. Während andere Kakerlaken eine einfache Infrarotreflexion darstellten, gaben sich andere Insbots durch ein digitales Infrarotsignal zu erkennen.

Die meiste Zeit verhielten sich die Insbots wie die übrigen Kakerlaken und folgten ihnen in einen der Unterstände. Bewegten die Roboter sich aber nun hin und wieder aus der abgedunkelten Nische eines Unterstands ins Licht hinaus und verharrten dort, gesellten sich ihnen mit der Zeit andere Insekten hinzu – entgegen ihrer Neigung, helle Zonen zu meiden, aber im Einklang mit den Verhaltensgrundregeln. „Etwa 60 Prozent der Kakerlaken folgten den Insbots“, sagt José Halloy. „Kleine Änderungen im individuellen Verhalten können so eine große Änderung im kollektiven Verhalten auslösen.“

Für Halloy ist dies ein Beispiel für das Phänomen kollektiver Selbstorganisation, in dem wenige Grundregeln – auch ohne explizite Kommunikation – genügen, um ein Verhaltensmuster hervorzubringen. Dies könnte zu innovativen Ansätzen bei Künstlicher Intelligenz (KI) führen, urteilt Eduardo Izquierdo-Torres, KI-Forscher an der Sussex University: „Es wäre interessant, eigene intelligente Gesellschaften von Tieren zu schaffen.“

Eine denkbare praktische Anwendung sehen die LEURRE-Forscher in der Bekämpfung von Ungeziefer. Anstatt dieses auszuräuchern, könnten Roboter die missliebigen Insekten einfach aus ihren Verstecken herauslocken, weil sie für unverdächtige Artgenossen gehalten werden. Die bisherigen Insbots sind allerdings erst ein grobes Modell. „Der Ansatz ist noch statisch“, sagt Halloy, „die Roboter können aus der Interaktion mit den Kakerlaken noch nicht lernen und ihr Verhalten verfeinern.“ Auch könnten die Insbots bislang noch nicht aktiv über die Abgabe von Pheromonen mit den Insekten kommunizieren. Zwar gebe es eine entsprechende Technologie bereits, aber die sei noch nicht miniaturisiert und zu teuer.

„Dieses ungewöhnliche Projekt setzt gewissermaßen ‚quer’ zur existierenden Robotik-, KI- und Verhaltensforschung an“, sagt Joerg Seyfried, Robotiker an der Universität Karlsruhe, der am I-Swarm-Projekt beteiligt ist. Genau darin sieht Deneubourg auch das Potenzial des LEURRE-Projektes. Er will die dabei gewonnenen Erkenntnisse auch auf die Tierhaltung in der Landwirtschaft übertragen und hat mit Halloy und Kollegen bereits Verhaltensmodelle für Schafe und Hühner entwickelt. Die sind allerdings komplexer, weil in beiden Arten nicht nur Herdenverhalten, sondern auch Leittiere vorkommen. „Roboter, die mit Tieren interagieren, könnten für Aufgaben wie das Hüten von Herden eingesetzt werden.“

Dass Europas Bauern händeringend auf eine derartige Innovation warten, ist zwar schwer vorstellbar. Aber Deneubourg sieht den Ansatz des LEURRE-Projektes im Kontext der sich weiter entwickelnden Agrartechnik. „Europas Landwirtschaft kann nur überleben, wenn sie mit Hightech verbunden ist“, versichert er. Hinter dieser hochtrabenden Einschätzung dürfte wohl aber zuerst eine schlichtere Motivation stecken: neue Fördergelder zur Fortsetzung des Projektes zu bekommen. „Im Moment warten wir auf die Verabschiedung des 7. EU-Rahmenprogramms, das ein Folgeprojekt bringen könnten“, sagt José Halloy. (nbo)