Harvard University Kleine Roboter-Termiten bauen autonom

Redakteur: Sariana Kunze

Termiten arbeiten zu hunderttausenden zusammen, um riesige Hügel zu bauen – ohne Bauplan, Vorarbeiter oder explizite Kommunikation. Als ein vergleichbares Bauwerk müssten wir Menschen - im Hinblick auf die Körpergröße der Termiten - ein Gebäude weit über 3.000 Meter errichten - zum Beispiel eine zweite Zugspitze. Ein kleiner Roboter-Bautrupp der Harvard University macht es jetzt den kleinen Insekten mit Bärenkräften nach.

Treppensteigen kein Problem: Die kleinen Termiten-Roboter stehen in Sachen Stärke ihren Vorbildern aus Afrika in nichts nach.
Treppensteigen kein Problem: Die kleinen Termiten-Roboter stehen in Sachen Stärke ihren Vorbildern aus Afrika in nichts nach.
(Eliza Grinnell, SEAS Communications)

„Bei der Beobachtung von Termiten in der Wüste von Namibia kam uns die Erkenntnis, dass eine Gruppe wirklich komplexe Dinge schaffen kann, selbst wenn es weder Bauplan noch zentrale Steuerinstanz gibt, und sogar ohne explizite Kommunikation“, erinnert sich Radhika Nagpal, Professorin an der Harvard School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) und Mitglied des Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering, an die Anfänge des Projekte Termes. Innerhalb von vier Jahren gelang es Nagpal und ihren Mitarbeitern, dieses Verhalten auf einen autonomen Roboterschwarm zu übertragen, wie folgendes Video zeigt:

Dieses faszinierende Verhalten wird durch eine indirekte Kommunikation erreicht, die als Stigmergie bezeichnet wird. Stark vereinfacht gesagt, beobachtet dabei jedes Mitglied eines Schwarms die Veränderungen in seiner Umgebung und handelt entsprechend. Die Schönheit dieses Konzepts liegt vor allem in seiner Robustheit und Skalierbarkeit. Laut den Harvard-Forschern lässt sich der von ihnen geschaffene verteilte Algorithmus gleichermaßen auf fünf oder fünfhundert Roboter anwenden und wenn ein Teil der Roboter ausfällt, übernehmen einfach andere deren Aufgaben. Die Roboter selbst kommen dabei mit einer vergleichsweise simplen Hardware aus. Sie verfügen über vier einfache Arten von Sensoren und drei Aktuatoren. Damit sind sie in der Lage, sich Vorwärts und Rückwärts zu bewegen, auf ein Bauelement und wieder herunter zu klettern, und auf der Stelle zu drehen. Der Schlüssel liegt darin, dass sie als eine Einheit mit den Bauelementen entwickelt wurden.

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„Das macht das ganze System sehr robust und senkt massiv die Anforderungen an die Rechenleistung jedes einzelnen Roboters“, erläutert Kirstin Petersen, die das Hardware-Design von Termes geleitet hat. Die Robo-Bauarbeiter verwenden als Prozessor einen Mikrocontroller vom Typ ATmega1281. Ob die Termes Roboter letztlich einen Turm oder eine Pyramide aus den Elementen zusammenbauen, ergibt sich nicht aus einem vordefinierten Bauplan, sondern aus einem Set von "Verkehrsregeln", denen die Roboter folgen und ihren Beobachtungen der Umgebung. Mögliche Anwendungen für solche autonomen dezentral agierenden Roboterschwärme sehen Radhika Nagpal und ihre Kollegen etwa in gefährlichen Umgebungen: So könnten entsprechende Systeme in flutgefährdeten Bereichen Sandsäcke aufschichten oder auf dem Mars Behausungen bauen. Doch vorher wollen die Forscher ihre Roboter noch etwas beobachten. Justin Werfel, Hauptautor eines Aufsatzes über Termes, der heute im Magazin Science erscheint:

„Wenn viele Schwarmmitglieder zusammenarbeiten – egal ob das Termiten, Bienen oder Roboter sind – lassen sich oft auf einer höheren Ebene Verhaltensweisen beobachten, die man aufgrund der Einzelkomponenten so nicht vorhergesagt hätte. Wir wollen noch besser verstehen, wie solche Effekte entstehen.“

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