Zum Thema Schwarm Intelligenz gab es über die Jahre bereits etliche Beiträge auf Flugundzeit. Je mehr die Vorbilder aus der Natur in der realen Technik und Umwelt eingesetzt werden – erfolgreich setzt sich halt durch 😉 – umso wichtiger wird das Thema.

Ameisen, Bienen, Vögel und Fische haben eines gemeinsam: Sie vertrauen im Verhalten nicht auf den Ober-Honcho, der alles vorgibt, sondern auf die Intelligenz ihres Schwarmes. Was der oder die Umliegenden, -fliegenden oder -rennenden Nächsten tun, beeinflusst das eigene Verhalten. Zusammenarbeit, „Mitdenken“, oder besser Erkennen und selber aktiv Handeln ist hier gefragt.

Pflichtbewusstsein des Schwarms

„Dafür bin ich nicht zuständig“ oder „above my pay grade“ ist so unsinnig wie gefährlich, wenn es um die schnelle Reaktion auf eine Gefahrensituation geht. Fällt einer aus, übernimmt der nächste. Nähert sich ein Feind (Raubvogel) muss der gesamte Flugschwarm schnell eine Formation bilden, die das größere und gefährliche Tier abschreckt. Energiesparendes Fliegen praktizieren Vogelzüge schon seit jeher. Wenn es darum geht, lange Strecken in vielen Tagen zu bewältigen, lohnt es sich, die eigenen Kräfte möglichst effektiv einzusetzen. Das heißt, den Luftwiderstand zu minimieren und das geht in der Formation halt besser als wenn jeder sich seinen Flugweg einzeln sucht. Auch hier, wenn es um Umweltschonenden Einsatz von Ressourcen geht, könnte man sich noch viel mehr von der Natur abschauen…

Wer erfand’s?

Künstliche Intelligenz ist eine Erfindung der Menschheit? Ha! Ameisen orientieren sich seit jeher an Duftmarken, die sie selber setzen. Je duftiger ein Weg ist, umso besser scheint er zu sein. Diese  selbsterfüllende Prophezeiung verstärkt sich mit der Zeit ganz automatisch. In der KI nennt man das Gewichtung. 🙂 Eingesetzt wird es für Menschen etwa bei der Routenplanung von Paketzustellern oder personifizierter Werbung im Internet.

Auch bei Fischschwärmen geben nur rund fünf Prozent der Fische die Bewegung vor. Aber die Geschwindigkeit und die Richtung werden immer an die Umliegenden weiter propagiert und so entsteht ein große Ganzes, das sich homogen (und dadurch für den Betrachter meist sehr ästhetisch ) bewegt. Für die Fische geht es eher ums Überleben. So geht es auch Menschen, die statt einer drohenden Massenpanik mit dieser Methode einen sicheren Fluchtweg finden können, wenn einige, die wissen, wo es lang geht, die Richtung vorgeben und die Masse sich mit etwas Sicherheitsabstand zum Nachbarn danach bewegt.

Die Herausforderung für die Feldschwarmrobotik

Dr. Edmund Hunt von der Universität in Bristol erforscht den Einsatz der Schwarmintelligenz für uns Menschen: „Nach 20 Jahren im Labor gibt es verschiedene Ansätze Schwarmrobotersysteme in der realen Welt umzusetzen.“ Das Hunt Lab konzentriert sich auf den Einsatz von Teams oder Schwärmen von Robotern in realen Szenarien, insbesondere zur Umweltüberwachung. „Wir lassen uns von der Natur und von Tierkollektiven inspirieren, um anpassungsfähige und widerstandsfähige Robotersysteme zu entwickeln.,“ so Hunt.

Wenn Roboter (= physische Agenten) in der realen Welt zurechtkommen/leben/etwas tun sollen, dann stellen sie sich einigen Herausforderungen:

• Komplexität
• Rauschen/Ungewissheit
• Risiko/Gefahren
• Dynamische Umgebung
• Energieverbrauch

Was die Gruppe bringt

Den Vorteil eines Schwarms sieht Hunt darin, dass Individuen nur lokale sensorische Informationen nutzen. Sie haben wie in der Tierwelt wenig bis kein Gedächtnis und führen nur einfache Handlungen aus. Das Individuum muss den globalen Zustand des Schwarms nicht kennen.

Heterogenität, der Unterschied, die Vielfalt

Die physischen Agenten können Unterschiede in ihrem Verhalten oder auch unterschiedliche Größen, Formen, haben. Tatsächlich ist dies funktionell.

Bioinspirierter Schwarm-Algorithmus für adaptive Risikobereitschaft

Eine Mischung der Risikostufen von Robotern bringt mehr Chancen etwa in einer verstrahlten Umgebung zu überleben. Dazu braucht es den Aufbau einer Kommunikationskette in riskanten Gebieten. Aber stets unter Beibehaltung einer gewissen Konnektivität, um in Reichweite zu bleiben.

Zudem ist ein Schwarm skalierbar: Selbst wenn Individuen verloren gehen oder einen Fehler machen, wird die Gesamtleistung nicht nennenswert beeinträchtigt. Was wir alle ja von unseren LED-Lichter an den Autos kennen. Die Summe der verbleibenden Mini-Lichtquellen schafft eine Robustheit gegenüber einer einzelnen stärker leuchtenden Lampe.

In dynamischen Umgebungen passt sich der Schwarm locker und leicht an sich ändernde (Arbeits-)Anforderungen an. Ein Schwarm ist kein starres Gebilde, sondern kann sein Form, aber auch seine Aufgabe (etwa bei Bienen oder einer Schar von Mini-Robots in gefährlicher Umgebung) an den Ausfall von Gliedern/Objekten anpassen. Das schafft eine ungeahnte Flexibilität gegenüber starren, zentral regierten/gesteuerten Gebilden.

Schwarmforschung

Derzeit arbeitet die Gruppe um Dr. Hunt an der Demonstration eines Schwarmes zur Umweltüberwachung in einer landwirtschaftlichen Einrichtung der Universität in North Somerset
Dies könnte für die Überwachung von Infrastrukturen wie Kraftwerke, Datenzentren oder empfindliche Gebäude eingesetzt werden.

Projekt Pipebots 2019-2024
untersucht einen Schwarm von Robotern unter der Erde, um zu erkennen, ob es einen Fehler in der Pumpe gibt oder kann sie sogar reparieren. Die Agenten kommen auch in schwer zugängliches Gelände durch individuelle Autonomie. Sie sind flexibel.

DATPA OFFSET 2017- bis heute
Zum Sammeln von Informationen, auch zur Suche und Rettung

Feld-Schwarm-Robotik-Gruppe
Wachsame Roboterschwärme für sichere Infrastrukturen

---

Link zur Übersicht von allen Beiträgen des British Science Festivals 2022