Roboterschwärme als Bauarbeiter – wie Termiten

Termiten bauen riesige, beeindruckende Hügel. Und das ohne Bauherr oder Kommandozentrale. Harvard-Forscher haben sich davon inspirieren lassen. Auf einer Fachkonferenz in Chicago präsentierten sie ihre Geschöpfe.

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Teamarbeit unter Robotern (Science/AAAS)

1:47 min, vom 14.2.2014

Das Motto lautete von Anfang an: Je einfacher, desto besser. Ein Termitenroboter kann an sich nicht viel: Er fährt vorwärts und rückwärts, treppauf, treppab, kann sich im Kreis drehen, einen quadratischen Block transportieren und platzieren. Und er muss vermeiden, dass er nicht mit anderen Robotern, die sozusagen auf derselben Baustelle werken, kollidiert.

«Das haben wir auch nach dem Prinzip der Simplizität gelöst», erklärt Kirstin Petersen von der Harvard University, die an der Hardware der Roboter mitgewirkt hat, «die Bots kommunizieren erst gar nicht miteinander, sie gehen einander einfach aus dem Weg. Das funktioniert mit einem Ultraschall-Element. Es schickt ein Signal aus, das warnt: He, komm mir nicht in die Quere!»

Drei Roboter errichten eine Struktur (Science/AAAS)

1:36 min, vom 14.2.2014

Autonom agieren im Kollektiv

Wenn Termiten ihre Hügel bauen, dann dirigiert sie niemand dabei. Ihr Verhalten ist durch die Umgebung bestimmt – und durch die Handlung der anderen. Das Insekt legte ein Stückchen Erde dort ab, wo etwas fehlt und versieht es mit Duftstoffen. Das lockt wiederum andere Termiten an, die an dieser Stelle weiter bauen.

«Jeder unserer Roboter hat den Bauplan in seiner Gesamtheit eingespeichert», erklärt Justin Werfel von der School of Engineering and Applied Sciences der Harvard University, von dem die Algorithmen stammen, «er weiss, wie die Struktur aussehen soll. Die individuellen Schritte sind in ihrer Reihenfolge jedoch nicht vorgegeben.» Findet der Roboter eine Baulücke, schliesst er sie. Es gibt bloss ein paar grundlegende Verkehrsregeln. Ein Roboter darf etwa einen Block nicht höher oder tiefer ablegen, sondern nur auf der Ebene, auf der er sich gerade befindet.

Vorteile einer dezentraler Steuerung

Bisher haben die Roboter nach dieser Methode nichts Komplizierteres als pyramidenähnliche Strukturen gebaut. Bis das reibungslos klappte, hat es vier Jahre gedauert. Wäre es da nicht einfacher, die Roboter durch einen zentralen Computer zu dirigieren?

«Zentrale Steuerungssysteme sind sicher effizienter», meint Werfel, «ein Computergehirn kann die schnellste und beste Bauvariante vorgeben.» Der Nachteil sei freilich: Wenn ein paar Roboter kaputt gehen, muss das ganze System umprogrammiert werden. Doch im dezentralen System der Havard-Forscher «macht das gar nichts», sagt Werfel, «die funktionierenden Roboter machen weiter wie zuvor.» Und die defekten Roboter werden einfach durch neue ersetzt.

Roboter reagieren auf veränderte Situationen (Science/AAAS)

0:44 min, vom 14.2.2014

Dull, Dirty, Dangerous

Die neuen Harvard-Roboter dürfen sich hohen Lobes aus den Kreisen der Biologie erfreuen. Judith Korb, Evolutionsbiologin und Termitenfachfrau an der Universität Freiburg bezeichnete in einem Kommentar zur Roboterstudie in der Ausgabe der Fachschrift «Science» die Termitenroboter als «elegantes System, weil es die autonome Konstruktion beliebiger vordefinierter Strukturen mit einfachen Robotern erlaubt.»

Einsetzbar seien die Roboter auf vielfältige Weise, glaubt Werfel. Vor allem in den Bereichen, die man im Englischen als «the three Ds» bezeichnet: dull, dirty, dangerous – also repetitive, schmutzige und gefährliche Tätigkeiten. Ein Beispiel: «Der Bau einer Unterwasserforschungsstation oder einer Marsbasis ist teuer und gefährlich», sagt Werfel, «man könnte die Roboter als Vorhut losschicken. Sie bauen Behausungen, und erst dann folgen die Astronauten.»

Noch mehr Training im Labor

Das sind freilich Zukunftsträume. Bis dahin müssen die Termitenroboter noch im Kleinen üben. Als Nächstes werden die Forscher sie so programmieren, dass sie mit Bauelementen verschiedener Grösse und Formen umgehen können. Damit will er sie einen einfachen Raum mit einem Dach drauf bauen lassen – ein schlichtes Häuschen also.