Tier und Maschine kommunizieren 12.03.2013, 16:35 Uhr

Grazer Forscher wollen mit ASSISI die Sprache der Bienen verstehen

Das faszinierende Schwarm-Verhalten von Tieren wie Vögeln, Fischen oder Bienen folgt einigen sehr einfachen Regeln. Diese zu verstehen und Roboter die Sprache der Schwärme sprechen zu lassen, ist das Ziel einer internationalen Forschergruppe der Universität Graz.

Szene aus einer gemischten Roboter-Tier-Gesellschaft.

Szene aus einer gemischten Roboter-Tier-Gesellschaft.

Foto: Uni-Graz/Artificial Life Lab

Von Bienen lernen, heißt siegen lernen. Forscher der Universität Graz sind im „Artifical Life Laboratory“ der Schwarm-Intelligenz der Insekten auf der Spur. „Eine einzelne Biene ist nicht intelligent, das gesamte Bienenvolk schon“, erklärt Teamleiter Thomas Schmickl. Schwarmverhalten im Tierreich folgt immer den gleichen einfachen Regeln – einem steten Wechsel des Dreiklangs Separation, Zusammenhalt und Angleichen.

Ausformuliert lesen sich die drei goldenen Schwarmregeln so: Separation bedeutet, sich von denen weg zu bewegen, die dir selber zu nahe kommen. Zusammenhalt bedeutet, sich zu denen hin zu bewegen, die zu weit weg von dir sind. Angleichen bedeutet, sich immer nach den nächsten Nachbarn auszurichten. Mit diesem Dreiklang aus Separation, Zusammenhalt und Angleichen können all die faszinierenden Schwärme von Fischen, Bienen und Vögeln erklärt werden. Mehr Regeln braucht das einzelne Tier nicht, um in der Gruppe zu funktionieren und mit ihr zu harmonieren.

Tier-Roboter-Gemeinschaften als Ergänzung

Im Forschungsprojekt „Animal and robot Societies Self-organise and Integrate by Social Interaction“, kurz ASSISI, wollen die Wissenschaftler in den kommenden fünf Jahren diese Verhaltensregeln auf Roboter übertragen. Mehr noch, es soll eine enge Tier-Roboter-Gemeinschaft gebildet werden, ein vollkommen neues bio-hybrides Computersystem, in dem sich die Fähigkeiten von Tier und Maschine sinnvoll ergänzen. Es geht ums große Ganze: darum, die Sprache der Tiere zu verstehen. Evolutionäre Algorithmen in den Maschinen sollen eine Verbindung zwischen der Tier- und der Maschinengesellschaft herstellen. In ASSISI sind Forscher aus Portugal, der Schweiz, Deutschland, Frankreich und Kroatien involviert. Die Uni Graz leitet das von der EU mit sechs Millionen Euro geförderte Projekt und führt die Bienenexperimente durch. Die Universität Zagreb steuert die Bienenroboter bei, in Paris werden Experimente mit Fischschwärmen gemacht, in der Schweiz experimentieren sie mit Fischrobotern. Die Universität Lissabon ist für die Simulation zuständig und Deutschland kümmert sich um Schwarmroboter.

Bienen interagieren in der Arena mit den Robotern

Für ihre Experimente mit den Bienen haben die Forscher eine automatische Arena konstruiert. Dort sammeln sich die Bienen um die Roboter, die beim Wahrnehmen der Bienen ihre Programmierung verändern. Dieser evolutionäre rekursive Prozess läuft so lange ab, bis die Bienen und die Roboter eine Einheit bilden. Ein Computerprogramm bewertet das Verhalten der Tiere und gibt sein Feedback an die Roboter. Dadurch programmieren sich die Roboter vollautomatisch selber, beziehungsweise werden so von den Bienen programmiert. Die Roboter sind für die Interaktion mit den Bienen mit einer ganzen Reihe von Sensoren ausgestattet: Sie haben Reizsensoren für Wärme, Licht, Vibration, Berührung und Geruch an Bord. Das Ziel dieser neuen Forschung ist es, einen neuen Kommunikationskanal zu entwickeln, um ganze Tierpopulationen wie eben Bienen  oder Fischschwärme zu lenken. Die Grazer Forscher planen, Tierarten durch die Roboter über das Internet auch über weite Distanzen interagieren zu lassen und somit steuern zu können. Als praktische Einsatzfelder ihrer Technologie sehen die Grazer Forscher die Landwirtschaft und das Umwelt-Monitoring.

Bienen gehören zu den wertvollsten Nutztieren auf der Welt

Die Bedeutung von Bienen für die Landwirtschaft kann gar nicht hoch genug eingeschätzt werden. In Deutschland erreicht der Nutzwert der Bienen etwa vier Milliarden Euro. Damit ist die Honigbiene nach Rindern und Schweinen das drittwichtigste Nutztier. Weltweit lässt sich die Wirtschaftsleistung der Honigbienen und anderer bestäubenden Insekten auf über 150 Milliarden Euro beziffern.

Einen ähnlichen Ansatz verfolgen die Grazer Forscher mit ihren Antbots. Diese Roboter imitieren die Kommunikation innerhalb von Ameisenschwärmen. Von Ameisen ist bekannt, dass sie ihren Artgenossen die Wege zu Futterstellen mittels spezieller Düfte, Pheromone genannt, mitteilen. Die Antbots legen eine grüne fluoreszierende Leuchtspur auf einem speziellen nachleuchtenden Untergrund aus und markieren so den Weg zurück zum Nest von der Futterstelle. Die anderen Antbots können dieser Leuchtspur mit ihrer Kamera folgen und so schnell vom Nest zur Futterstelle und zurück finden.

Von Detlef Stoller

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