Swarm Intelligence

8. April 2017, 21:58

Es ist das Zusammenspiel der einzelnen Individuen, das Insekten für Bereiche wie Robotics und Informationsverarbeitung so interessant macht. Dieses Verhalten versucht man zu analysieren und in mathematischen Modellen abzubilden.

Gemeinsam sind wir stark

Die Frage lautet: wie kann sich in einer Gruppe komplexes Verhalten entwickeln, obwohl jeder einzelne für sich genommen relativ dumm ist. Ameisen zum Beispiel finden in kürzester Zeit den kürzesten Weg zu einer Futterquelle. Kommt eine Ameise allerdings vom Weg ab und findet keine neue Duftspur, so verhungert sie.

In Netzwerken bahnen sich Datenpakete nach so einem Ameisenalgorithmus den Weg durch die Leitung. Dass alle Pakete ihr Ziel erreichen, ist dabei nicht notwendig und verändert auch nicht das Ergebnis. Bienen sind anerkannte Experten wenn es um Effizienz geht, sagt Thomas Schmickl vom Institut für Zoologie an der Karl Franzens Universität in Graz. Und auch bei den Bienen verschlechtert sich das Gesamtergebnis nicht, nur weil sich eine einzelne Biene auf der Suche nach dem Kirschbaum sechs bis acht mal verfliegt.

Zufall statt Hierarchie

Robotic, Artificial Intelligence und Informatik sind Ingenieurs-Wissenschaften. Ingenieure vertreten traditioneller Weise die Ansicht, dass Systeme dann optimal funktionieren, wenn ihr Design konsequent und die Arbeitsabläufe streng vordefiniert sind.

Im Bereich Swarm Intelligence müssen die Ingenieure umdenken und vor allem das Denken in Hierarchien ad acta legen. Die Konstruktion einer Musterbiene entspricht zwar menschlichen Denken, aber Bienen funktionieren anders und sind trotzdem effizient.

Die Umwelt als Teil der Lösung

Die Umwelt ist nicht das Problem, sondern ein Teil der Lösung. So lautete der Ansatz, den die Swarm Intelligence Forschung in die AI eingebracht hat. Allerdings muss man in der künstlichen Welt diese Umwelt erst konstruiert werden. Menschen greifen zwar in ihre Umwelt ein und verändern sie, aber trotzdem verlässt man sich darauf, dass die Sonne scheint, der Regen fällt und es Berge gibt.

Stigmatgy nennt man das Zusammenspiel von Umwelt und Lebewesen. Der Begriff wurde 1959 vom französischen Biologen Pierre-Paul Grassé eingeführt und er beschreibt das Phänomen, dass er anhand von Termiten studierte: Die Koordination und das Design eines Termitenhügels hängt weniger von den Arbeitern ab. Es ist Umgekehrt der Zustand des Baus, der den einzelnen Arbeiter stimuliert.

Flexibilität und "Faulheit"

Effizienz kann mit Hilfe von Flexibilität, aber auch "Faulheit" erreicht werden. Die Bienen führen es vor: Eine schnelle Reaktion auf lokale Gegebenheiten fördert die Ausbeute und ist für das Überleben einer Bienenkolonie wichtig.

In einem Stock erfolgt die Arbeitsteilung nach dem Alter. Ältere Bienen suchen Futter, während Jüngere die Larven füttern. Wenn es jedoch die Situation erfordert, wenn es zum Beispiel zu einem Engpass an Nektar kommt, dann übernehmen auch schon mal die Jüngeren das Sammeln.

Dieses Model der Flexibilität macht man sich in der Zwischenzeit bei maschinellen Produktionsprozessen zunutze. Etwas länger wird es wohl dauern, bis Menschen akzeptieren können, dass ein effizientes System auch so etwas wie "Faulheit" braucht.

Unter den Bienen gibt es einige, die scheinbar untätig sind. Auf jeden Fall wenig Interesse daran zeigen, immer die beste Futterquelle anzufliegen. Es ist deren Wissen, dass einer Kolonie vor Engpässen schützt, denn eine Kirschbaum, der gestern noch geblüht hat, kann heute als Quelle nichts mehr wert sein. Eine Quelle, die vor zwei Stunden noch wenig ergiebig war, wird in so einer Situation plötzlich interessant. Entscheidend ist eben das Wissen, dass es sie gibt.