Navigation im Schwarm 18.08.2014, 07:00 Uhr

1000 kleine Roboter formieren sich selbstständig zu Mustern

1000 kleine sogenannte Kilobots können sich selbstständig zu vorgegebenen Mustern formieren. Ihre Erfinder, Forscher der US-Universität Harvard, haben die kleinen Roboter dafür mit Vibrationsmotoren, Lithium-Ionen-Akkus, Metallbeinchen und Infrarotsendern ausgestattet.

Nie zuvor haben sich Roboter in einem vergleichbar großen Schwarm eigenständig formiert: Harvard-Wissenschaftler haben 1000 Kilobots dazu gebracht, mit Vibrationsmotoren einen Formationstanz aufzuführen.

Nie zuvor haben sich Roboter in einem vergleichbar großen Schwarm eigenständig formiert: Harvard-Wissenschaftler haben 1000 Kilobots dazu gebracht, mit Vibrationsmotoren einen Formationstanz aufzuführen.

Foto: Harvard University/Michael Rubenstein

Als Einzelstücke sind die kleinen Kilobots nicht gerade aufsehenerregend. Die Kleinstroboter, die Wissenschaftler der Universität Harvard gebaut haben, sind preiswert, einfach konstruiert und außerdem recht langsam in der Fortbewegung. Doch was die Kerle im Schwarm zustande bringen ist eindrucksvoll. Gibt man ihnen eine zweidimensionale Form vor, organisieren sie sich selbstständig und formieren sich, ohne dass ihre Wege programmiert wurden. Ein paar einfache Regeln und die Orientierung am Nachbarn ist alles, was sie dazu brauchen.

Der erste funktionierende Roboterschwarm dieser Größe

Die Idee, nach dem Vorbild der Natur auch in der Robotik eine künstliche Schwarmintelligenz nachzuahmen, ist nicht neu. Algorithmen und funktionierende Beispiele dazu gibt es schon länger. Aber die Größenordnung des Schwarms, den die Wissenschaftler aus Cambridge trainiert haben, ist eine andere. Während bisherige Roboterschwärme, vielfach aus Kostengründen aus kleinen Gruppen bestanden haben, wollte das Team des Kilobot-Projekts in neue Dimensionen vorstoßen. Das sei unerwartet schwierig gewesen, gibt Radhika Nagpal zu. „Die Wahrheit ist, dass sich die Dinge selten so verhalten, wie man sie vorher simuliert hat“, sagt die Computerspezialistin.

Die drei Zentimeter kleinen Kilobots tanzen dank Vibrationsmotoren, Lithium-Ionen-Akkus, Metallbeinchen und Infrarotsendern. 

Die drei Zentimeter kleinen Kilobots tanzen dank Vibrationsmotoren, Lithium-Ionen-Akkus, Metallbeinchen und Infrarotsendern. 

Foto: Harvard University

Außerdem mussten die kleinen Kilobots sehr einfach und preiswert gebaut werden können, denn schließlich sollten sie in großer Zahl hergestellt werden. 1024 Stück hat das Team schließlich gebaut. Jeder von ihnen ist etwa so groß wie eine Zwei-Euro-Münze, drei Zentimeter hoch und steht auf drei dünnen Metallbeinchen. Ihre Energie holen sie aus einem Lithium-Ionen-Akku und angetrieben werden sie von zwei Vibrationsmotoren, die sie entweder geradeaus oder in einer Kurvenbewegung laufen lassen.

Jeder Kilobot tauscht sich mit seinen Nachbarn aus

Der Datenaustausch mit den Kollegen erfolgt über Infrarotsender und -empfänger. Sollen die Kilobots sich nun zu einer vorgegebenen Form, zum Beispiel einem Buchstaben oder einem Stern, zusammenfinden, beginnt der Vorgang in einer Ecke. Von dort aus sendet ein Initialroboter ein Signal an den gesamten Schwarm und teilt mit, wo er selbst steht und wie die vorgegebene Form aussehen soll. Dann beginnen zufällig ausgewählte Roboter am Schwarm entlang zu laufen, bis sie den Initialroboter finden.

Im Austausch mit anderen Kollegen errechnet nun jeder Kilobot, ob er sich innerhalb der programmierten Form befindet. Passt die Stelle, bleibt er stehen, ansonsten läuft er weiter bis zur Grenze der Form. „Jeder Roboter tauscht sich mit seinen Nachbarn aus und trifft seine eigenen Entscheidungen, die darauf basieren, was er in seiner Umgebung vorfindet“, erklärt Wissenschaftler Michael Rubenstein.

Auch wenn ihr Kilobot-Schwarm zurzeit noch weit davon entfernt ist, echte praktische Aufgaben lösen zu können, hoffen die Wissenschaftler doch, dass dies in naher Zukunft möglich sein wird. „Eine interessante Idee ist zum Beispiel, dass wir die Roboter direkt miteinander verbinden können“, sagt Rubenstein. Dann könnte aus dem lockeren Schwarm ein zusammenhängendes Werkzeug werden, das neue Aufgaben erledigt.

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