Warum Maschinen in Schwärmen besser arbeiten

Das Gehirn dient als Vorbild: Als eine Art Superorganismus ist es ein Zusammenspiel aus für sich „unintelligenten Individuen“, den Neuronen. Erst das Zusammenwirken von Milliarden von ihnen ergibt, was wir unter Intelligenz verstehen, Schwarmintelligenz.

Dieses „Zusammenspiel der vielen“ haben Forscher der Uni Klagenfurt und der Lakeside Labs gemeinsam mit Industriepartnern für Lager-Roboter, autonome Fahrzeuge und Drohnen-Missionen weiterentwickelt. Drei Jahre dauerten die Forschungsarbeiten. Nun ist das internationale Projekt CPSwarm fertig – und damit ein Werkzeugkasten aus Algorithmen, der Entwicklern online frei zur Verfügung gestellt wird.

Probleme dezentral lösen

Ähnlich wie Fische, die sich untereinander verständigen und im Schwarm schwimmen, sollen auch Lager-Roboter in ihrer Summe künftig intelligent agieren. Dinge umstapeln; Dinge finden, obwohl sie nicht exakt dort stehen, wo sie stehen sollten; Wege verkürzen. In Lagerhallen gibt es häufig zentralisierte Lösungen. Projektleiter Wilfried Elmenreich von der Uni Klagenfurt und sein Team hat interessiert, wie man Probleme dezentral löst. Ihr Fazit: Selbstorganisierende Systeme in der Technik machen das Gesamtsystem robuster. Warum? Weil sie nicht abhängig sind von einzelnen Komponenten. Man kennt das: Ändert sich auch nur die kleinste Kleinigkeit, bricht das System zusammen.

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Lkw-Ketten mit Schwarmintelligenz

Können autonom fahrende Lkw Schwarmintelligenz haben? Auch dies war Forschungsgegenstand von Elmenreich & Co. Die Annahme: Mehrere Lkw fahren hintereinander, nur im vordersten sitzt ein Lenker. Hierbei gelang es ihnen, die Reaktionszeit der nachfahrenden Lkw auf Millisekunden zu reduzieren, während der Mensch ein oder zwei Sekunden bräuchte. „Lkw-Ketten mit Schwarmintelligenz können also wesentlich enger, sicherer und umweltschonender fahren“, sagt der junge Professor mit Schwerpunkt Vernetzte Systeme. Für Simulationen benützte er unter anderem eine Eigenentwicklung der Uni Klagenfurt: den „Spiderino“.

Eines der wichtigsten Aufgaben des EU-Projektes ist es, von der Theorie in die Praxis zu kommen. Dies gelang auch in Bezug auf Flugdrohnen und ihr Zusammenspiel mit Bodenrobotern – etwa bei einer Rettungsmaßnahme, etwa bei einem Lawinenopfer.

Dass Kärnten bei der Schwarmforschung eine international wichtige Rolle spielt, liegt auch daran, dass hier seit zehn Jahren daran gearbeitet wird. „Das Interesse der Industrie ist geweckt“, weiß Elmenreich. Sein nächstes Projekt dreht sich um Wege-Optimierung in der Halbleiterproduktion, Infineon ist Partner.