Harvard-Forscher entwickeln die perfekt synchronisierte Mini-Roboterarmada

Dank neuer Hard- und Software ermöglichen Forscher es großen Robotergruppen, sich autonom zu organisieren.

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15 August 2014, 12:26pm

Bild: Michael Rubenstein | Mit freundlicher Genehmigung

Wissenschaftler aus Havard haben herausgefunden, wie sie die Effizienz eins Schwarms von 1024 kleinen Robotern steigern können. Dank ihrem Programm kann sich die Maschinenarmarda selbständig in zweidimensionalen Formen anordnen.

Die sogenannten Kilobots sind darauf programmiert, die Formen von Fisch- und Vogelschwärmen nachzuahmen. Die Forscher konnten alle Hard- und Software-Hürden überwinden, und so dem Schwarm seine eigene Koordination überlassen. Es ist ein signifikanter Schritt in der Entwicklung kollektiver künstlicher Intelligenz.

Die Roboter als 'K'  versammelt. Alle Bilder: Michael Rubenstein, Harvard University | Mit freundlicher Genehmigung

„Es gibt zunehmend größere Mengen von Robotern, die zusammenarbeiten. Hunderte von ihnen kollaborieren bei Aufräumaktionen für den Umweltschutz oder nach Katastrophen—genauso die Millionen von selbstfahrenden Autos auf unseren Straßen", sagte Radhika Nagpal, eine der Wissenschaftlerinnen, die an der Technologie arbeitete. „Es ist entscheidend, dass wir lernen, wie 'gute' Systeme in dieser Größenordnung gestaltet werden können."

Es dauert ungefähr zwölf Stunden, bis sich die 1024 Kilobots zu einer neuen Form anordnen. Vier Roboter geben dem Schwarm das Startsignal, um ein System zu koordinieren, dann laden die Forscher ein 2D-Bild für den Rest der Maschinen hoch. Das Ergebnis erfolgt durch „primitives Verhalten", wie die Forscher es nennen. Die Kilobots drehen und bewegen sich in Positionen, während sie den Rändern der Gruppe folgen. In der gesamten Zeit verfolgen sie ihre Entfernung vom Nullpunkt, wo sich die ursprünglichen vier Roboter befinden. Bei Staus oder wenn Roboter vom Kurs abkommen, arbeitet der gesamte Schwarm an einer Lösung.

Michael Rubenstein und die Kilobots.

Die Kilobots selbst sind ziemlich einfache Kreaturen. Sie gleiten mit Hilfe von Vibrationsmotoren, auf drei starren Beinen umher, benutzen Infrarotempfänger und -Transmitter, um zu verstehen, was um sie herum geschieht, und um mit ihren Roboter-Kollegen zu kommunizieren.

Um die Kosten so niedrig wie möglich zu halten, war ein einfacher konzeptioneller Ansatz nötig, wie Michael Rubinstein in der Publikation der Ergebnisse in Science erklärte:

„Beim Design eines großen Roboterschwarms, in dem die Roboter vollständig autonom agieren (also die Fähigkeit zur Rechenleistung, Fortbewegung, Abtastung und Kommunikation besitzen), müssen die Kosten pro Roboter abgewogen werden. In der Massenproduktion werden Roboter mit günstigeren Komponenten bevorzugt, was geringere Kosten, aber auch verminderte Leistung und Verlässlichkeit bedeutet."

Der besondere wissenschaftliche Durchbruch liegt in dem entwickelten Algorithmus, der aus drei Hauptkomponenten besteht: der Randverfolgung für die Bewegungen, der Verlaufsformation, mit der der Kilobot versteht, wie tief er im Schwarm steckt, und die Lokalisierung, die dem Kilobot seine exakte Position im kollektiven System anzeigt. Diese drei Komponenten zusammen machen es den Kilobots möglich, sich selbständig in Formen zusammenzufinden. 

Der Kilobot-Schwarm kann bisher noch keine absolut perfekten Formen annehmen, wie auch auf den Fotos zu sehen ist, doch darum geht es auch nicht. Rubenstein erklärt in der Veröffentlichung, dass zwar keine zwei Formen vollständig gleich aussähen, der Genauigkeitgrad jedoch konstant bleibe.

Die Bildung von 2D-Formen in einem Labor ist erst der Anfang. Roboter werden, wie Nagpal betonte, zunehmend zu einem Teil unseres Lebens. Wir müssen ihnen eine kollaborative künstliche Intelligenz geben, wenn wir wollen, dass sie uns helfen Häuser oder Brücken zu bauen und unseren Müll aufsammeln. Die Hard- und Software der Kilobots ist dabei ein signifikanter Schritt in diese Zukunft.