Roboter-Ameisen erledigen gemeinsam komplexe Aufgaben durch einfache Regeln
Ameisen kombinieren Kommunikation und einfache Regeln, um komplexe Aufgaben durchzuführen. Das kann auch bei Robotern klappen.
RAnts bahnen sich gemeinsam einen Weg in die Freiheit. Die Kommunikation erfolgt über Lichtfelder.
(Bild: Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences)
Ameisen sind klein, können aber große Dinge gemeinsam vollbringen, etwa dann, wenn sie kollaborativ einen Bau errichten. Dabei kommunizieren sie auf einfache Weise miteinander. Ein Forschungsteam an der Harvard University hat sich die Insekten zum Vorbild genommen und Roboter-Ameisen entwickelt, die über Lichtfelder kommunizieren und mit wenigen Regeln auskommen, um gemeinsam aus einem Gehege zu entkommen.
Das Forschungsteam untersuchte in ihrer in eLife veröffentlichten Studie "Dynamics of cooperative excavation in ant and robot collectives" zunächst, wie schwarze Hausameisen durch Zusammenarbeit aus einem weichen Bau entkommen können. Sie bewegten sich zunächst recht konfus in dem runden Gehege und kommunizierten zunächst über ihre Fühler miteinander – ein übliches Verhalten zur direkten Kommunikation untereinander. Hinzu kam die Kommunikation über Pheromone, Duftstoffe, die Ameisen hinterlassen, um Informationen weiterzugeben. Nachdem einige Ameisen mit dem Graben begonnen hatten, halfen ihnen kurz darauf weitere beim Mitgraben. Das führte dazu, dass an einer Stelle schnell ein Loch entstand, durch das sie schlüpfen konnten.
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Die Forscher ermittelten durch Simulationen, dass die Ameisen nur dann erfolgreich sind, wenn sie ausreichend stark zusammenarbeiten und zugleich effizient graben. Die Ergebnisse übertrug das Forscherteam auf kleine Roboter-Ameisen, RAnts genannt. Sie sollten genauso wie ihre biologischen Vorbilder gemeinsam aus einem Gehege entkommen. Statt über Fühler und Pheromone zu kommunizieren, benutzen sie Lichtfelder zur Kommunikation, die die Wissenschaftler als "Photoromone" bezeichnen.
Einfache Regeln, große Wirkung
Den RAnts programmierten die Forscher lediglich drei Regeln ein, die sie zu befolgen haben. So sollten die Roboter-Ameisen dem Verlauf des Photoromonfeldes folgen. Ist die Photoromondichte hoch, sollten sie anderen Robotern ausweichen, treffen sie aber auf ein Hindernis, so sollten sie dieses aufnehmen. Bei niedriger Photoromondichte sollten sie das aufgesammelte Hindernis wieder fallen lassen. Diese wenigen Regeln reichten aus, damit die RAnts aus einem Gehege entkommen konnten.
S. Ganga Prasath, Postdoktorand an der Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences und einer der Hauptautoren der Studie, ist sich sicher, dass sich die Ergebnisse auch auf komplexere Aufgaben übertragen lassen. "Wir haben gezeigt, wie die kooperative Erledigung von Aufgaben aus einfachen Regeln heraus entstehen kann und wie solche Verhaltensregeln zur Lösung anderer komplexer Probleme wie Bau, Suche und Rettung sowie Verteidigung eingesetzt werden können", sagt er.
Auch sei dieser Ansatz flexibel anwendbar. Gegenüber Fehlern bei der Informationserfassung und Steuerung habe sich das System als robust erwiesen. Zudem sei es möglich, unterschiedliche Teams zu bilden, die verschiedene Aufgaben zugleich erledigen können. Dazu könnten Teams von jeweils mehreren hundert Robotern über unterschiedliche Photoromonfelder kommunizieren.
(olb)
