Merken Drucken 03.07.2005, 18:24 Schriftgröße: A A A

Von Schwärmen lernen

Technische Systeme sollen sich künftig selbst organisieren. Sie sollen sich nach Vorbildern aus der Natur verhalten und wie ein Schwarm Fische oder Zugvögel simultan reagieren. von Patrick Bernau

Das Verhalten von Fischschwärmen sool als Vorbild für technische Systeme dienen

Elegant schlängelt sich ein Schwarm durch die Fluten. Auf jedes Hindernis, jeden Reiz reagieren Hunderte von Fischen scheinbar simultan wie ein einziger Organismus. Selbstorganisation ist das Geheimnis hinter diesem Verhalten. Auch Zugvögel profitieren auf ihren Formationsflügen von diesem im Laufe der Evolution entwickelten Reaktionsvermögen.

Nach diesem Vorbild will Owen Holland von der Universität von Essex in Ostengland Modellhubschrauber fliegen lassen. Der erste Prototyp hat eine Kamera an Bord und funkt seine Bilder an einen Computer. Noch stürzt er zwar immer mal wieder ab. Aber in zwei Jahren soll der selbstständig handelnde Autopilot fertig sein. Und sogar mit einem ganzen Schwarm der fliegenden Spielzeuge autonom kommunizieren, Kamerabilder austauschen, diese gemeinsam analysieren und von selbst mit einem Manöver reagieren.

Holland liegt mit seinen Hubschraubern im Trend: In vielen Projekten untersuchen Forscher, was selbstorganisierte Systeme leisten können. Navigationssysteme sollen sich so koordinieren, dass sich Automassen möglichst gleichmäßig auf ein Streckennetz verteilen. Bei Hochwasser sollen Sensoren messen, ob die Sandsäcke noch halten, und entscheiden, wo ein Dammbruch drohen könnte. Hollands Hubschrauber-Schwarm könnte in Zukunft helfen, Katastrophengebiete oder Frontlinien in einem Krieg zu erkunden. Oder als Vorbild für Roboter dienen, die ferne Planeten untersuchen sollen.

Doch wie bei Holland steht die Forschung noch am Anfang. Zuerst müssten die Systeme zuverlässiger arbeiten und die Aufgaben von defekten Komponenten selbstständig neu verteilen, sagt der Karlsruher Informatiker Hartmut Schmeck. "Und die Systeme müssen sich auf neue Situationen automatisch einstellen können."

Die Grundlage ist gelegt

Eine Grundlage ist jedoch gelegt: Es gibt immer mehr kleine Geräte, die ihre Daten per Funk austauschen können. Darauf müssen diese bewertet werden, sodass das gesamte System ohne menschliches Zutun reagieren kann. Selbstorganisierte Netzwerke seien auch robuster als zentral gesteuerte, sagt Schmecks Karlsruher Kollegin Martina Zitterbart. "Die Schwierigkeit an einer zentralen Einheit ist: Wenn sie ausfällt, habe ich ein Problem." Das habe sich beim Anschlag auf das World Trade Center gezeigt: Das zentral organisierte Telefonnetz fiel aus, im Internet wurden die Daten dagegen recht schnell um die zerstörten Hochhäuser herumgeleitet.

Das Internet funktioniert schon selbstorganisiert: Die Daten werden in kleine Päckchen aufgeteilt, die einzeln ihren Weg zum Ziel suchen. In Zukunft sollen sich auch Mobilfunknetze selbst einstellen. In den Bell Labs des Netzwerkausrüsters Lucent entwickeln Nachrichtentechniker Sendestationen, die sich entlang einer Schiene an der Decke bewegen können. Auf einem Flughafen könnten sie an ihrer Auslastung feststellen, vor welchen Gates gerade viele Menschen warten, und sich dort zur Vermeidung von Netzüberlastungen sammeln.

Siemens arbeitet an Signalverstärkern, die die Netzabdeckung erhöhen können, ohne dass der Anbieter neue Sendemasten aufstellen muss. Diese Verstärker tauschen Betriebsdaten aus. Wenn einer ausfällt, merken das seine Kollegen und passen ihre Sendeleistung an. Andere Entwickler der kommenden Mobilfunkgeneration wollen Handys als Signalverstärker nutzen, um den Funkbereich einer Basisstation zu erweitern. Doch Lucent-Entwickler Georg Fischer befürchtet, dass diese Telefonverbindungen nicht zuverlässig sein könnten.

Wenn eine Komponente ausfalle, brauchten viele selbstorganisierte Systeme zudem etwas Zeit, um sich darauf einzustellen, sagt Schmeck: "So ein System wird auch mal Phasen durchlaufen, in denen es instabil ist." Daher würde Schmeck niemals Selbstorganisation zur Ausfallkontrolle in einem Atomkraftwerk oder Flugzeug einsetzen. Und trotz aller Vorteile dieser autark handelnden Technologie müsse der Mensch die Steuerung jederzeit wieder an sich nehmen können. Schließlich soll die Technik nur selbstständig agieren. Und sich nicht selbstständig machen.

Ganz autark Kontakte In den neuen Systemen kommunizieren Module etwa über Funk miteinander.

Unbeeinflusst Dezentrale Software entscheidet über das Gesamtverhalten eines Systems.