Roboter verhalten sich kollektiv wie Bienen

Das Handeln frisch geschlüpfter Honigbienen inspirierte Grazer Forscher dazu, Robotern eine Schwarmintelligenz zu verpassen.

Eine Forschergruppe aus Graz untersucht in einem vom Wissenschaftsfonds FWF finanzierten Projekt das Verhalten junger Bienen unmittelbar nach dem Schlüpfen und überträgt es erfolgreich auf Roboter. Die Brutpflege-Strategien der Bienen erweisen sich als überraschend effizient.

Bienen leben in hochorganisierten Verbänden. Die besondere Form ihres Zusammenlebens hilft ihnen, im Gegensatz zu Wespen oder Hummeln, als gesamter Schwarm im Bienenstock zu überwintern.

Ein bisher wenig bekannter Teil dieses Systems ist das Verhalten sehr junger Bienen am Tag nach dem Schlüpfen. Eine Gruppe um den Zoologen Thomas Schmickl von der Karl-Franzens-Universität Graz hat sich dieses Verhalten genauer angesehen und entdeckt, dass es komplexer ist als angenommen.

In einem Projekt erstellte das Forscherteam ein Verhaltensmodell der jungen Bienen und übertrug dieses auf Roboter, wo sich die Strategie der Bienen als unerwartet effektiv erwies.

„Frisch geschlüpfte Baby-Bienen putzen die Zellen, aus denen sie geschlüpft sind, damit die Königin neue Eier hineinlegen kann“, sagt Schmickl. „Es hat sich gezeigt, dass dieses Verhalten essenziell für das Aufrechterhalten des Systems der Honigbienen ist. Es erlaubt ihnen zu überwintern.“

Die Temperatur im Stock hat dabei zentrale Bedeutung: Eine Bienenlarve ist das am schnellsten heranwachsende Lebewesen der Welt. Innerhalb von fünf Tagen vertausendfacht sie ihre Körpermasse. „Kein Lebewesen auf der Welt wächst so schnell, relativ zur Ausgangsgröße.

Das ist nur möglich, weil die Bienen das Brutnest auf 35 bis 37 Grad aufheizen und der Stoffwechsel auf Hochtouren läuft“, sagt der Zoologe. In welche Zellen die neuen Eier gelegt werden, hängt von deren Temperatur ab. Höhere Temperatur bedeutet bessere Nutzung der vorhandenen Wärme.

Schmickl und sein Team beobachteten, dass die Bienen in Summe intelligentes Verhalten zeigen, ohne dass die einzelne Biene über die Gesamtsituation Bescheid wissen müsste. Sie finden verlässlich die wärmste Stelle.

Die Bienen berücksichtigen die Umwelt, doch das passiert nicht im Hirn der einzelnen Biene. Der Gesamtschwarm agiert wie ein großes Gehirn und findet die beste Lösung heraus.

Schmickl und sein Team übertrugen nun dieses geniale Modell erfolgreich auf einfache Roboter, die mit Temperaturfühlern ausgestattet waren. Es zeigte sich, dass solche Tests in der Realität und nicht nur auf dem Computer wichtig sind. „Man weiß das von der Forschung an Ameisen.

Zu diesen gibt es mittlerweile sehr, sehr viele, sehr abstrakte Schwarm-Intelligenz-Modelle. Wir haben das untersucht und festgestellt, dass alle vorgeschlagenen Algorithmen für Ameisenstraßen bei der Umsetzung mit echten Robotern versagt haben“, sagt Schmickl. „Aus diesem Grund haben wir die Roboter-Verkörperung in den Mittelpunkt des Projekts gestellt und konnten so einen Schwarm-Algorithmus erschaffen, der auch in seiner physikalischen Verkörperung funktioniert.“

Der Schwarm denkt wie ein großes Gehirn