Roboter lernen von Bienen

20. März 2012, 11:12
Grazer Forscher fanden Mechanismus für schwarmintelligentes Verhalten bei Bienen und brachten ihn auch Robotern bei

Als Schwarm können Bienen Aufgaben lösen, die für die meisten Tiere alleine zu schwierig sind. Dafür reichen einfache Fähigkeiten, die man auch Robotern leicht beibringen kann. Das haben Forscher der Universität Graz in einem vom Wissenschaftsfonds FWF geförderten Projekt herausgefunden. Sie stellten die Verhältnisse im Brutnest eines Bienenstocks nach und beobachteten, ob es junge Honigbienen einzeln oder in der Gruppe schaffen, sich an den Plätzen mit der optimalen Temperatur aufzuhalten.

Wärme wichtig

Für die Entwicklung junger Bienen, die noch nicht fliegen und ihren Körper nicht selbst aufheizen können, ist es wichtig, es wohlig warm zu haben, so Projekt-Leiter Thomas Schmickl vom Artificial Life Lab des Instituts für Zoologie der Universität Graz. Doch selbst in der von den Ammen gut beheizten Brutkammer, in der sie noch ein- bis zwei Tage mit dem Putzen ihrer Brutnester für die nächste Generation beschäftigt sind, gibt es neben Bereichen mit optimaler Temperatur auch kühlere Plätze. Hier müssen die jungen Bienen bei dunklen und nicht gerade unterbevölkerten Verhältnissen den Ort mit der optimalen Temperatur finden.

Brutkammer nachgebaut

Mit einer runden Arena aus Wachs, Heizlampen und 64 Temperaturfühlern hat Schmickl die Verhältnisse in der Brutkammer nachgestellt und das Verhalten der Bienen gefilmt. Zu seiner Überraschung haben es nur wenige Bienen alleine geschafft, zum Ziel zu marschieren, erklärte Schmickl im Gespräch mit der APA. Neun von zehn spazierten zufällig herum, liefen an der Wand entlang oder blieben einfach sitzen. "Gaben wir aber viele Bienen gemeinsam in die Arena, wuselten auch sie herum, aber nach fünf Minuten sammelten sie sich im Ziel: dem optimalen Bereich mit 36 Grad Celsius. Das war für uns Schwarmforscher interessant, weil die große Gruppe offensichtlich etwas kann, das einzelne Bienen nicht können."

Begegnungen entscheidend

Die Forscher fanden heraus, dass die Begegnungen der Tiere entscheidend sind. Treffen einander zwei Jungbienen, bleiben sie für einen Augenblick stehen. Dieser Augenblick wird umso länger, je näher sich der Treffpunkt am optimalen Temperaturbereich befindet. Dieser einfache Mechanismus alleine kann das schwarmintelligente Verhalten hervorbringen, so Schmickl.

Mit einem mathematischen Algorithmus namens "BEECLUST" simulierten die Forscher das Verhalten der Bienen. Sie programmierten Roboter so, dass diese ziellos in einer Arena herumfahren. Wenn diese "Thermobots" einen "Artgenossen" treffen, messen sie die Temperatur und bleiben stehen. Und zwar umso länger, je näher die Temperatur beim einprogrammierten Optimum lag. Wie die Bienen fand sich der Roboterschwarm bald in der optimalen Region wieder.

Roboterschwärme können wie Bienen unterscheiden

Sowohl Bienen- als auch Roboterschwärme können dabei zwischen optimalen Bereichen und nicht ganz so guten Gebieten unterscheiden, so Schmickl. Schaltet man die Lampe am 36 Grad Celsius warmen Ort ab, entscheidet sich der Schwarm für die zweitbeste Lösung und findet sich an einem anderen Platz mit 33 Grad Celsius wieder, den er vorher einfach ignoriert hat.

"Damit haben wir ein sehr einfaches Modell, mit dem wir die Entstehung von verstandesmäßigen Entscheidungen beobachten können. Die einzelnen Akteure handeln nicht kognitiv, doch in der Gruppe erscheint dann etwas, das man als Ansatz von Kognition sehen könnte", sagte Schmickl.

Collective Cognitive Robots

Der Algorithmus "BEECLUST" sei auch in dem mit 3,7 Millionen Euro dotierten EU-Projekt "Collective Cognitive Robots", das die Grazer Wissenschafter derzeit koordinieren, sehr wertvoll, so Schmickl. Hier baut ein internationales Forscherteam einen U-Boot-Schwarm. Weil die Kommunikation unter Wasser extrem schwierig ist, sei der kommunikationsfreie Algorithmus aus dem Bienen-Projekt besonders nützlich.

Im Rahmen eines weiteren FWF-Projekts will Schmickl das Verhalten der Bienen so gut mit Robotern simulieren, dass die Bienen sie als Artgenossen anerkennen. Dann könnte man mit den Robotern den Schwarm von innen heraus beobachten und manipulieren, und so neue Erkenntnisse über die Informationsverarbeitung im Bienenschwarm gewinnen. (APA, derStandard.at, 20.3.2012) 

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