Loopy: Roboterschwarm formt einzelnen Roboter ohne zentrales "Hirn"

"Einer bestehend aus vielen" lautet das Motto von Roboter Loopy ("Verrückt"). Wissenschaftler der West Virginian University (WVU) haben den Roboter gebaut, der aus mehreren identischen Robotermodulen besteht und somit mehr einem Roboterschwarm entspricht, der ein kollektives Verhalten an den Tag legen kann. Loopy besitzt dabei keinen zentralen Controller, der das Verhalten steuert.

Loppy bezeichnen die Forschenden als eine primitive Form eines multizellularen Roboters. Er besteht aus insgesamt 36 Zellen, die zu einem Ring geformt sind, wie die Forscher in dem wissenschaftlichen Paper "Swarm of One: Bottom-up Emergence of Stable Robot Bodies from Identical Cells" beschreiben, das im Preprint auf Arxiv veröffentlicht ist.

Jede dieser einzelnen Zellen umfasst einen Rotationsservomotor, der eine Welle kontrolliert in einem bestimmten Drehwinkel bewegen kann. Außerdem sind verschiedene Sensoren integriert. Auch verfügt die Roboterzelle über ein Kommunikationsmodul, das es ermöglicht, seinen unmittelbaren beiden Nachbarzellen Informationen, etwa über den Winkel der Drehbewegung, weiterzugeben. Ansonsten agieren die einzelnen Zellen vollständig autonom, tauschen sich also nicht mit anderen Roboterzellen aus. Durch die Servomotoren können die einzelnen Zellen den Winkel zu den Nachbarzellen verändern und so die Form des Ringes sowie seine gesamte Bewegung steuern.

Selbstorganisation im Kollektiv

So kann Loopy verschiedene Formen annehmen und unterschiedliche Bewegungen ausführen. Durch Selbstorganisation bringt sich Loopy in eine Form, die sich fortbewegen kann. Denn zufällige Formen sind nicht erwünscht. Sie könnten dazu führen, dass der Roboter sich nicht kontrolliert bewegen und Hindernissen ausweichen kann. Loopy gelingt es aber, immer wieder selbstständig eine stabile Form anzunehmen, die sich auch selbst rekonstruieren kann, nachdem der Roboter(schwarm) etwa auf ein Hindernis aufgetroffen ist.

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Herkömmliche Robotersysteme müssen von ihren Entwicklern so gebaut werden, dass sie auf bestimmte Bedingungen reagieren können. Ein Beispiel ist das Ausweichen eines Hindernisses. Haben der Konstrukteur der Roboter-Hardware und der Software-Designer nicht berücksichtigt, dass der Roboter Hindernisse erkennen und umgehen können soll, schafft es der Roboter auch nicht selbst. Auch könnte der Roboter auf unvorhersehbare Situationen treffen, die er mit seiner Hardware und seinen Algorithmen nicht bewältigen kann.

Die Roboterzelle erhält dagegen lediglich ein paar allgemeine Richtlinien zu ihrem Verhalten und soll ansonsten selbst (re)agieren. Das führt dazu, dass der durch sie geformte Roboter kollektiv bewegt werden und auch auf Hindernisse reagieren kann.

Die Forscher wollen aber noch einen Schritt weitergehen. Sie planen, dass Loopy selbstständig in unvorhergesehenen Situationen navigieren, bessere Bedingungen suchen und sich selbst Ressourcen beschaffen kann. Die Vision dahinter ist, dass der Mensch den Zellen Aufgaben zuweist, die sie dann selbst im Kollektiv bewältigen.

(olb)