Schwarmverhalten in der Informatik

Nutzen von Schwarmverhalten in Alogrithmen zur Lösung von Problemen in der Informatik

Beanbag Robotics

kollektive Intelligenz

 

Das meiner Meinung nach ist beste Beispiel zur Simulation von kollektiver Intelligenz sind die Beanbag Robotics von David Kriesel(2007). Das bereits auf der vorherigen Seite erläuterte Prinzip der kollektiven Intelligenz ist die Grundlage der Beanbag Robotics. Es handelt sich dabei um simuliere, winzige (so klein wie mechanisch möglich) Roboter, welche so gut wie keine Fähigkeiten haben.

 

 

 

 

(Quelle: David Kriesel Beanbag Robotics 2008)

Sie besitzen eine elliptische Form. Zudem haben sie einen Lichtsensor, welcher einen dreieckförmigen Bereich abdeckt (Länge: 20fache Körperlänge; Breite: 10fache Körperlänge). Dieser Lichtsensor kann lediglich die Helligkeit des abgedeckten Bereiches erfassen. Des Weiteren befindet sich noch ein Signallicht am hinteren Teil, welches an- und ausgeschaltet werden kann. Schließlich verfügen die Roboter auch über einen Motor, der ihre Geschwindigkeit steuert. Ihre Richtung können sie nicht ändern. Sie bewegen sich trotzdem nicht nur geradeaus, sondern es ist eine Störfunktion eingebaut, welche dafür sorgt, dass sich die Richtung zufällig innerhalb eines 30° Winkels ändert.
Wie man sieht, sind die einzelnen Roboter wirklich stark begrenzt. Nun werde ich erklären, wozu sie trotzdem in der Lage sind:

1.Experiment(Licht Suche):

Allein mit den beschriebenen  Fähigkeiten sollen die Roboter sich zu einen bestimmten Punkt, der durch eine Lichtquelle markiert ist, bewegen und dort bleiben. Das Ergebnis:

 

 

 

 

 

 

(Quelle: David Kriesel Beanbag Robotics 2008)

Der gelbe  Punkt ist die Lichtquelle; die Linien sind die Bewegungen der Roboter.

Wie man sehen kann, sind die Roboter in der Lage, diese Aufgabe zu bewältigen. Fast alle Roboter befinden sich an der Lichtquelle. Sie schaffen dies folgendermaßen: Der Lichtsensor misst das vorhandene Licht und dazu verändert der Roboter in quadratischer Abhängigkeit seine Geschwindigkeit.
Ein einzelner Roboter hätte die Lichtquelle überhaupt nicht oder erst nach langer Zeit gefunden. Als Schwarm schaffen die Roboter es jedoch, indem jeder Roboter durch sein Signallicht den anderen den Weg weist. Hat ein Roboter eine Lichtquelle gefunden, bewegt er sich ungefähr ich ihre Richtung und zeigt dies durch sein Signallicht an. In einer Gruppe(Schwarm) können sie so ihr Ziel finden.

 

2. Experiment (Nahrungssammlung):
Für ein zweites Experiment wurden die Fähigkeiten ein wenig verändert. Die Roboter können nun auch Lichtquellen unterscheiden und haben einen einzelnen Speicherzustand. Die verschiedenen Lichtquellen sind „das Nest“, „die Nahrungsquelle“ und die Signallichter der anderen Roboter. Der Speicherzustand gibt an ob sie Nahrung bei sich tragen. Der Schwarm soll nun Nahrung sammeln, indem er sich zur Nahrungsquelle und wieder zurück zum Nest bewegt.
Das Ergebnis:

 

 

 

 

 

 

(Quelle: Davd Kriesel Beanbag Robotics 2008)

Der grüne Punkt stellt das Nest dar; der orangene Punkt die Nahrung, welcher nachdem der Schwarm ihn erreicht hat verschwindet und an einem zufälligen Punkt des unteren Randes des blauen Dreiecks wieder auftaucht.

Fazit:
Die Experimente zeigen, dass Individuen, die einzeln fast nichts können, in einer Gruppe komplexere Aufgaben lösen können.

 

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