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Roboter in einem Ameisenhaufen

11.04.2013

Die Arbeit französischer Wissenschaftler zeigt, dass die einfachste Soft- und Hardware ausreicht, um eine Vielzahl von Aufgaben zu erfüllen und so komplexe Systeme wie einen Ameisenhaufen zu organisieren. Wissenschaftler des französischen Forschungszentrums CNRS haben einen Computeralgorithmus entwickelt, der es Robotern ermöglicht, das Verhalten einer Ameisenkolonie nachzuahmen. Die Arbeit französischer Wissenschaftler zeigt, dass einfachste Soft- und Hardware ausreicht, um eine Vielzahl von Aufgaben zu erfüllen und so komplexe Systeme wie einen Ameisenhaufen zu organisieren.

Die Interaktion zwischen individuellen Individuen und individuellen Objekten spielt eine entscheidende Rolle bei der Bildung von selbstorganisiertem kollektivem Verhalten. Jüngste Studien haben gezeigt, dass sich Ameisen durch komplizierte Pfade und Korridore innerhalb und außerhalb des Ameisenhaufens bewegen, geleitet von vier verschiedenen Arten von Informationen.

Einige Ameisenarten sind in der Lage, die Sonne oder Orientierungspunkte entlang ihres Weges zu sehen und sich daran zu orientieren. Andere Ameisen nutzen sogar eine Art Trägheitsnavigationssystem: Sie fassen Bewegungsvektoren zusammen, indem sie die Anzahl der Schritte und Drehungen des Körpers messen. Ameisen können auch soziale Informationen nutzen, z. B. durch die Anwesenheit von mit Nahrung beladenen Häckslern, die Richtung zur Nahrung bestimmen oder anhand bestimmter Spuren (Blattstücke, Samen usw.) einen Weg finden.

Die letzte Art von Information, die vierte, ist die interessanteste und liegt in der eigentlichen Struktur der Ameisenstraßen. Bei manchen Ameisenarten haben Transportnetzwerke ein streng definiertes Muster: Der durchschnittliche Winkel zwischen den Pfaden, die aus der Mitte des Ameisenhaufens herauskommen, ist symmetrisch und liegt je nach Ameisenart im Bereich von 50 bis 100 Grad. Wenn sich die Ameise also zum Ausgang des Ameisenhaufens bewegt, trifft sie auf eine symmetrische Gabelung (Trennung) von Wegen und Korridoren. Auf dem Rückweg sieht die Ameise das gegenteilige Bild: eine asymmetrische Gabelung. Um den kürzesten Weg zu finden, wählt die Ameise einfach den richtigen Abbiegewinkel und folgt immer der richtigen Richtung.

Dieser einfache natürliche Mechanismus hat ein enormes praktisches Potenzial für die Robotik und Transportnetze. Um zu demonstrieren, wie effektiv der elementare natürliche Algorithmus der Ameisennavigation ist, haben Wissenschaftler Ameisenhaufenpassagen aus Pappe nachgebaut. In 9 cm breiten Gängen ließen sie einfachste Roboter los, die nach Ameisenlogik arbeiteten. Roboter mit Abmessungen von 22 x 21 x 20 mm wurden mit 4 Infrarotsensoren ausgestattet, um Hindernisse zu erkennen. Es gab auch eine Fotodiode zur Messung von Lichtgradienten (die als Pheromon fungiert) und einen Ni-MH-Akku mit einer Energiereserve für 3,5 Stunden. Das „Gehirn“ des Roboters war ein einfacher PIC16LF877-Mikrocontroller mit 8 KB EPROM-Speicher und 368 Byte RAM.

Infolgedessen navigierten die Roboter souverän durch das Labyrinth, indem sie alle Arten von Insektenverhalten nutzten, einschließlich Suchen (Wandern auf der Suche nach der richtigen Route) und Ausweichen (Umgehen eines Hindernisses auf einer anderen Route). Die Studie französischer Wissenschaftler liefert nicht nur neue Erkenntnisse über das Verhalten von Insektenkolonien, sondern ermöglicht auch den Einsatz effektiver natürlicher Algorithmen in bestehenden technogenen Transportnetzen.

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