Roboter dazu befähigen im Schwarm zu agieren

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Im Schwarmansatz interagieren? Forscher arbeiten in einem neuen Projekt daran, Roboter genau das beizubringen. Helfen sollen dabei Algorithmen.

Roboter Im EU-Horizon 2020-Projekt mit Namen „CPSwarm“ forscht man an neuen Werkzeugen ähnlich einem Schwarm untereinander interagieren. Roboter beziehungsweise fahrerlose Plattformen oder Transportsysteme schieben Kisten in einer Lagerhalle intelligent von A nach B – ganz ohne sich dabei in die Quere zu kommen. Klingt einfach, ist es aber nicht wirklich. Erst durch neue Werkzeuge, die im Projekt „CPSwarm“ entwickelt wurden, wird dies möglich.

Das Projekt ist auf eine Laufzeit von 36 Monaten ausgelegt und befindet sich derzeit in der Abschlussphase. Der darin entwickelte Werkzeugkasten steht für sämtliche Entwickler online frei zur Verfügung. Insgesamt neun Forschungspartner sind daran beteiligt: drei Forschungsinstitute, eine Universität, zwei Großunternehmen sowie drei KMU aus sechs EU-Ländern.

Schwarmalgorithmen in Robotersysteme integrieren

Wilfried Elmenreich, der das Projekt am Institut für Vernetzte und Eingebettete Systeme leitete, beschreibt das Projekt dabei wie folgt: „In CPSwarm haben wir uns damit beschäftigt, wie wir Schwarmalgorithmen in cyberphysische Systeme wie Roboter oder autonome Fahrzeuge integrieren können.“ Für Szenarien, wie sie im Lagerhallen-Beispiel beschrieben wurden gibt es häufig zentralisierte Lösungen. Soll heißen: die Roboter fahren zentral gesteuert und auf Schienen durch ihre Arbeitsumgebung. Was aber wenn diese Voraussetzungen nicht gegen sind? Diese Frage stellten sich Elmenreich und sein Team und suchten nach passenden Lösungsansätzen.

Die Natur zum Vorbild

Als Vorbild für die Schwarmalgorithmen diente den Forschern die Natur. Denn: Ähnlich wie Fische, die sich untereinander verständigen und in einem Schwarm schwimmen, sollen auch die Maschinen in ihrer Summe intelligent agieren.

Das Klagenfurter Team hat insbesondere die Expertise im Bereich der Simulation in das internationale Projekt eingebracht. Basis war dabei die Software Frevo. Sie unterstützte das Team dabei, folgende Frage zu beantworten: Wie muss sich ein Agent in einem selbstorganisierenden System am besten verhalten, damit das System nach bestimmten Kriterien am besten funktioniert? Die Antwort dazu führt Elmenreich selbst aus: „Unsere Software erhält eine Simulation und versucht dann, mit Hilfe einer evolutionären Suche einen Algorithmus für die Agenten zu finden, der diese Kriterien möglichst gut erfüllt. Wir definieren nur die Anforderungen, das System schreibt uns das Programm.“

Mit Werkzeugkasten Interaktion von Robotern verbessern

Im EU-geförderten Projekt ging es Beteiligten darum, einen Werkzeugkasten bereit zu stellen, der anderen dafür nützlich ist, praktische Probleme zu lösen, wie sie beispielsweise auftreten, wenn Fahrzeuge autonom fahren oder Drohnen gemeinsame Missionen erfüllen. „Ganz neu war auch, dass wir daran gearbeitet haben, die Zusammenarbeit von Drohnen mit Robotern am Boden besser zu gestalten“, ergänzt Elmenreich.

Dass noch viel Forschungs- und Entwicklungspotenzial vorhanden ist, davon ist Elemenreich überzeugt: „Maschinen werden immer autonomer und kleiner. Wenn wir beispielsweise an kleine Roboter denken, die sich auf unseren Gehsteigen bewegen und Waren ausliefern, sehen wir: Diese agieren ohne menschlichen Fahrer und versuchen, in großer Zahl eine Aufgabe zu erledigen. Schwarmansätze sind hier gefragt, um die Technologie voran zu bringen. Dazu gehören auch unsere CPSwarm-Ergebnisse.“

db

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