Ein Roboter schwimmt an der Wasseroberfläche im Hafen von Venedig | Bildquelle: Christoph Kitzler/ARD Rom

Forschung in Venedig Schwarmintelligenz im Hafenbecken

Stand: 19.09.2017 11:26 Uhr

In Venedig erforscht ein ganzer Schwarm Unterwasserroboter den Zustand der Lagune. Die Roboter sollen autonome Entscheidungen treffen und füreinander einspringen - nach dem Vorbild von Bienenschwärmen in der Natur.

Von Jan-Christoph Kitzler, ARD-Studio Rom

Das, was da in Arsenale, dem alten Werftgelände von Venedig, zu Wasser gelassen wird, ist der Anfang von etwas Großem. 120-130 Unterwasserroboter sollen hier einmal durchs Wasser schwimmen. Drei Typen gibt es, die der Natur wenigstens grob nachempfunden sind. Oben schwimmt, wie ein Seerosenblatt, die Kommunikationszentrale. Hier werden Daten gesammelt, wird Energie für die Einsätze verteilt. Dann gibt es eine Art Fisch, der mit Sensoren und Kamera die Umgebung erforschen soll.

Ein Roboter schwimmt an der Wasseroberfläche im Hafen von Venedig | Bildquelle: Christoph Kitzler/ARD Rom
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Ein Roboter im Hafen von Venedig

Roboter arbeiten über Wochen unter Wasser

"Die eigentlichen Arbeitstiere aber sind die Robotermuscheln", erklärt Cesare Stefanini, der sie mit seinem Team in Pisa entwickelt hat: "Wenn sie oben treiben, können sie leicht kommunizieren, denn die Radiowellen funktionieren. In der Tiefe nicht, dann sind sie autonom, messen die Wasserqualität, die Klarheit, den pH-Wert. Und sie haben auch eine Kamera, mit der sie den Zustand des Grundes untersuchen können. Sie können Tage oder Wochen untergetaucht bleiben."

Cesare Stefanini | Bildquelle: Christoph Kitzler/ARD Rom
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Cesare Stefanini hat die Roboter mit seinem Team entwickelt.

Danach docken sie an den Roboter-Seerosen an, übertragen ihre Daten, die die neun Geräte an Bord gemessen haben und nehmen neuen Strom auf. Klar, die Forscher aus sechs Ländern wollen etwas erfahren über den Zustand der Lagune von Venedig. Aber vor allem geht es darum zu zeigen, dass so ein großer Roboterschwarm überhaupt in der freien Natur funktioniert.

Schwarm ermöglicht Flexibilität

Das könnte wegweisend sein, auch für andere Einsatzgebiete, sagt Thomas Schmickl, Projektkoordinator von der Universtät Graz: "Der Vorteil im Schwarm davon, eine Aufgabe zu erledigen, ist, dass man viel flexibler ist. Je weniger ich die Umgebung kenne, in der das System operieren soll, desto mehr Dinge können passieren, mit denen ich vorher nicht gerechnet habe", sagt er. "Ein Schwarm überlebt das einfach viel besser. Selbst wenn einige Mitglieder ausfallen, kann der Rest in der Regel immer noch gut genug weiterarbeiten."

Thomas Schmickl | Bildquelle: Christoph Kitzler/ARD Rom
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Der Koordinator des Projekts ProfessorThomas Schmickl

Schmickl ist ursprünglich ein Verhaltensbiologe, hat Bienen erforscht. Und jetzt bringt er mit seinem Team den Robotern die Lehren aus der Natur bei. Der Schwarm soll schließlich nicht ferngesteuert werden, sondern autonom unterwegs sein, und das verlangt auch autonome Entscheidungen. Roboterparlamentarismus nennt Schmickl das; die Probleme kommen uns bekannt vor: Wie zum Beispiel soll so ein Schwarm mit Fake News umgehen?

Roboter überprüfen sich gegenseitig

"Ein Fall ist zum Beispiel, wenn ein Roboter falsche Messwerte hat, weil ein Sensor kaputt gegangen ist. Es kann auch einfach ein Algenblatt, Seegras, irgendwas darauf kleben, das ist alles unvorhersagbar in der freien Natur", sagt Schmickl. Dieser eine Roboter mit falschen Messungen solle dann nicht gleich den ganzen Schwarm "in den Abgrund reißen". Stattdessen sollten andere kommen und überprüfen: Kann man sich auf diese Info verlassen? "Und solche Mechanismen schauen wir uns sehr, sehr stark von der Natur ab."

Jetzt arbeiten sie an der Kommunikation und wollen nach und nach immer mehr Roboter zu Wasser lassen. Und Schmickl träumt schon von weiteren Einsatzgebieten seines Schwarms in der Weltraumforschung. Er erinnert an die Raumsonde "Philae", die zwar vor drei Jahren auf einem Kometen gelandet war. Ein gelandeter Schwarm wäre aber vermutlich erfolgreicher gewesen als "Philae", sagt Schmickl. "Die ist zufällig im Schatten gelandet, die Batterie war leer und hat eigentlich keine Daten geliefert. Und man ist da zehn Jahre hingeflogen, hat Millionen investiert, in einen einzigen, nennen wir es einmal Roboter. Und hat halt leider Pech gehabt."

Ausfall im Schwarm keine Katastrophe

Hätte man auf ein Schwarmrobotik-System und mehrere Subsysteme gesetzt, hätte man wenigstens 70 Prozent der Daten bekommen. "Besser als nichts", sagt Schmickl. "Dann wären vielleicht ein, zwei Roboter bei einer Klippe gelandet, aber die restlichen fünf, sechs, sieben, je nachdem, wie viele man geschickt hätte, hätten weitergearbeitet."

Von der Natur lernen heißt auch, die Roboter immer intelligenter und autonomer zu machen. Im altehrwürdigen Venedig sind sie damit schon recht weit gekommen.

Schwarmintelligenz ganz wörtlich: Unterwasserroboter in Lagune

19.09.2017 09:59 Uhr

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Über dieses Thema berichtete Deutschlandfunk Kultur am 19. September 2017 um 07:08 Uhr.

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