Experiment Emergentes Verhalten
Emergenz
Die Motivation des Experiments basiert auf der Faszination von emergentem Verhalten.
Emergenz ist die Entstehung von geordneten Strukturen aus Unordnung, basierend auf simplen Verhaltensmustern. Somit resultiert aus emergentem Verhalten in einem System mehr als nur die Summe seiner Einzelteile.
Die Definition von Emergenz (aus dem Lateinischen emergere „Auftauchen“, „Herauskommen“, „Emporsteigen“) beschreibt die Herausbildung von Eigenschaften eines Systems, die auf das Zusammenspiel seiner Elemente zurückgehen.
In der Natur findet sich eine besondere Form der Emergenz, die Stigmergie, bei den teils hochkomplexen Bauten der Termiten wieder. Platziert eine Termite ein mit Pheromonen versehenes Partikel feuchten Erdreichs, so steigt die Wahrscheinlichkeit, dass andere Termiten ihre Partikel in dessen Nähe platzieren und daraus größere Gebilde entstehen. Die Individuen kommunizieren also nur indirekt miteinander, da sie lediglich auf den aktuellen Bauzustands des Nests reagieren. Parallel dazu reagieren die Roboter im Experiment auf bereits vorhandene Häufchen, wodurch die Häufchen weiter wachsen oder je nach Form in kleinere Haufen aufgeteilt werden. Dabei gibt es keinerlei Bedarf an Kontrolle, Planung und direkter Kommunikation zwischen den Elementen um ein scheinbar intelligentes System aufzubauen.
Im Jahre 1996 führten Maris und te Boekhorst bereits vergleichbare Experimente mit den so genannten Didabots in kleinerem Maßstab durch, bei denen durch die einprogrammierte Hindernisvermeidung Häufchen aus den Hindernissen gebildet wurden.
Die Didabots in ihrem Parcours vor dem Aufräumen
(copyright: Artificial Intelligence Lab, University of Zurich, Switzerland)
Die Eigenschaften des Systems müssen bei emergentem Verhalten nicht zwangsläufig auf die Eigenschaften der Elemente zurückführbar sein. So ist die Anordnung der Objekte nicht direkt auf das einfache Ausweichverhalten der Roboter zurückzuführen, da sich die Haufen dadurch bilden, dass die Hindernisse nicht gesehen und weitergeschoben werden, bis durch die äußeren Sensoren doch ein Hindernis erkannt wird. So landet das geschobene Hindernis entweder bei einem anderen Hindernis oder an der Begrenzung.
Die Formula AllCode Roboter haben im Vergleich zu den Didabots wesentlich mehr Sensoren. In unserem Experiment werden um das Verhalten der Didabots zu simulieren bewusst die Sensoren vorne rechts und vorne links verwendet und der frontale Sensor ausgeschaltet.
Die Formula Allcode Roboter
Mit dem Bluetooth-fähigen Roboter-Buggy Formula AllCode kann man den Roboter von jedem Host mit einer Bluetooth-Verbindung aus ansteuern. Der Roboter wird mit Hilfe einer integrierten Spannungsquelle (Akku) versorgt und umfasst eine Ausstattung aus LEDs, Entfernungs- und Lichtsensoren, linienfolgende Sensoren, integrierte Metallgetriebe, Bluetooth-Modul, Mikrofon, Lautsprecher und mehr.
Das Application Programming Interface (API) ermöglicht die Kompatibilität mit Windows-, OS X-, Android-, Raspberry Pi- und anderen Linux-Geräten mit Software wie VB / C #, Python, MATLAB, LabVIEW, Flowcode 6 und vielen anderen.
Beschreibung und Erklärung der wichtigsten Roboterteile:
1. Digital Signal Controller:
Das Herzstück des Roboters ist ein digitaler Signalcontroller (dsPIC®).
Es dient zur Motorsteuerung (PWM) und bietet erweiterte analoge Funktionen, eine Reihe von Kommunikationsschnittstellen einschließlich Audioerfassung, Verarbeitung und Wiedergabe sowie eine beträchtliche Anzahl von Hochgeschwindigkeitszählern / -timern.
2. Die Motoren:
Der Roboter verfügt über zwei leistungsstarke Permanentmagnetmotoren, die über Untersetzungsgetriebe gekoppelt sind (zur Erhöhung des Drehmoments), die Gummiräder antreiben (um Griff auf glatte Oberflächen zu geben). Die beiden Motoren können unabhängig voneinander angetrieben werden, um dem Roboter die Möglichkeit zu geben, sich um seine eigene Achse zu drehen, so die Fahrtrichtung zu ändern und damit Hindernissen auszuweichen.
3. LCD-Panel:
In der Mitte des Roboters befindet sich ein grafisches LCD-Panel, das dazu verwendet wird, um Nachrichten und / oder einfache grafische Formen anzuzeigen.
4. Abstandssensoren:
Der Roboter besitzt acht Infrarotsensoren, die die Entfernung vom Roboter zu einem möglichen Hindernis messen und zurückmelden können, indem die Sensoren als Sender und Empfänger für Infrarotlicht fungieren.
Das finale Experiment
Als Erweiterung des Schweizer Experiments werden acht Roboter und ein größerer Parcours benutzt um das emergente Verhalten der Roboter zu untersuchen. Für einen außenstehenden Betrachter wirkt es so, als würden die Roboter bewusst die Hindernisse zusammenschieben bzw. aufräumen, obwohl dieses lediglich auf das simple Ausweichenverhalten als Reaktion auf aktive und inaktive Sensoren zurückgeht. Das emergente Verhalten der Roboter ist im folgenden Video dargestellt.
Zeitraffer (1 Minute)
Inhalte von Youtube werden aufgrund deiner aktuellen Cookie-Einstellungen nicht angezeigt. Klicke auf “Zustimmen & anzeigen”, um zuzustimmen, dass die erforderlichen Daten an Youtube weitergeleitet werden, und den Inhalt anzusehen. Mehr dazu erfährst du in unserer Datenschutz. Du kannst deine Zustimmung jederzeit widerrufen. Gehe dazu einfach in deine eigenen Cookie-Einstellungen.
10 Minuten Version
Inhalte von Youtube werden aufgrund deiner aktuellen Cookie-Einstellungen nicht angezeigt. Klicke auf “Zustimmen & anzeigen”, um zuzustimmen, dass die erforderlichen Daten an Youtube weitergeleitet werden, und den Inhalt anzusehen. Mehr dazu erfährst du in unserer Datenschutz. Du kannst deine Zustimmung jederzeit widerrufen. Gehe dazu einfach in deine eigenen Cookie-Einstellungen.