Roboterschwärme: Gruppen mit autonom koordinierenden Robotern

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  Quantumrun-Vorausschau
• 14. April 2023

Zusammenfassung der Einblicke

Die Arbeitsprinzipien von Schwärmen in der Natur inspirieren Wissenschaftler, ähnliche Robotersysteme zu entwickeln. Diese Roboterschwärme sind so konzipiert, dass sie Aufgaben wie Navigation, Suche und Erkundung effizient und koordiniert ausführen. Diese Robotersysteme werden in verschiedenen Bereichen wie Landwirtschaft, Logistik, Suche und Rettung sowie Umweltüberwachung ausgebaut. 

Kontext von Roboterschwärmen

Das in der Natur übliche Schwarmverhalten lässt kleinste Lebewesen wie Termiten bis zu neun Meter hohe Hügel errichten. Inspiriert davon arbeiteten Wissenschaftler an Schwarmrobotern: einfache, autonome Roboter, die durch Zusammenarbeit und Koordination auf ein zentrales Ziel hinarbeiten, ohne dass eine zentrale Verwaltung erforderlich ist. 

Das Design von Schwarmmitgliedern ist einfach, was ihre Konstruktion wirtschaftlich durchführbar macht. 
Effektive Schwarmrobotersysteme müssen Flexibilität in ihren Aufgaben und den den Mitgliedern zugewiesenen Rollen aufweisen. Die Anzahl der vorhandenen Roboter ist nicht festgelegt und sollte die Leistung des Systems nicht beeinträchtigen, selbst wenn während des Betriebs Verluste auftreten. Das Design sollte in der Lage sein, trotz Umweltstörungen oder systembedingter Mängel zu funktionieren. Roboterschwarmsysteme können Autonomie, Selbstorganisationsfähigkeiten (wohl das wichtigste Merkmal) und indirekte Kommunikationsfähigkeiten aufweisen. 

Einzelne Roboter müssten sehr komplex und teuer sein, um die Bandbreite an Eigenschaften zu demonstrieren, die Schwarmrobotersysteme besitzen. Sie erlauben auch keine Redundanz, während Schwarmroboter sich an Ausfälle einzelner Roboter anpassen können. All diese Eigenschaften verleihen Schwarmrobotersystemen einen Vorteil gegenüber herkömmlichen Maschinen und eröffnen Anwendungen in der Industrie, bei Sicherheitsdiensten und sogar in der Medizin.    

Es gibt jedoch auch Einschränkungen für Schwarmroboter. Die dezentrale Natur von Schwarmrobotersystemen kann sie für bestimmte Anwendungen weniger optimal machen. Aufgrund ihrer Autonomie können Roboter individuell und spontan auf Veränderungen in ihrer Umgebung reagieren, was zu Verhaltensinkonsistenzen innerhalb der Gruppe führen kann. Für viele reale Anwendungen kann es die dezentrale Natur von Schwarmrobotern schwierig machen, das erforderliche Maß an Kontrolle und Präzision zu erreichen.

Störende Wirkung 

Schwarmroboter werden zunehmend in Fabriken und Lagern eingesetzt, um sich wiederholende Aufgaben zu erledigen. Beispielsweise hat das chinesische Startup Geek+ autonome mobile Roboter (AMRs) entwickelt, die mithilfe von QR-Codes auf dem Boden als Orientierungshilfe durch ein Lager in Hongkong navigieren können. Diese Roboter verwenden auch künstliche Intelligenz, um Entscheidungen über die Richtung und den Weg zum Ziel zu treffen. Geek+ behauptet, über 15,000 Roboter in Lagern in 30 Ländern implementiert zu haben, einschließlich denen von Unternehmen wie Nike und Decathlon.

Mehr Forschung in der Schwarmrobotik wird Algorithmen verbessern und ihre Verwendung in anderen Bereichen (wie dem Militär) erhöhen, die Aufgaben beinhalten, die für Menschen potenziell gefährlich sind, wie das Aufspüren und Entschärfen von Bomben. Roboter können eingesetzt werden, um gefährliche Regionen auf der Suche nach bestimmten Gegenständen wie Chemikalien und Toxinen oder Überlebenden nach einer Naturkatastrophe zu untersuchen. Sie können auch zum Transport gefährlicher Materialien und zur Durchführung von Bergbauarbeiten ohne menschliches Eingreifen verwendet werden. Die Entwicklung von Nanoroboterschwärmen für die Verabreichung von Medikamenten und Präzisionsbehandlungen in der Medizin wird wahrscheinlich ebenfalls auf steigendes Interesse und Investitionen stoßen. Schließlich können Roboterschwärme im Agrarsektor eingesetzt werden, um die Landwirtschaft zu verändern und die Arbeitsbelastung für Landwirte durch die Automatisierung von Ernte und Pflanzung zu reduzieren.

Auswirkungen von Roboterschwärmen

Weitere Auswirkungen von Roboterschwärmen können sein:

• Eine verringerte Nachfrage nach ungelernten Arbeitskräften, um sich wiederholende Aufgaben in Lagern, Fabriken und landwirtschaftlichen Betrieben auszuführen.
• Bessere Arbeitssicherheit, da solche Systeme den Arbeitern die Durchführung gefährlicher Aufgaben ersparen.
• Schwärme von Nanorobotern werden Patienten für medizinische Eingriffe injiziert, und sie können sogar bestimmte Operationen vollständig ersetzen (2050er Jahre).
• Die weit verbreitete Einführung von Roboterschwärmen führt zu Kosteneinsparungen für Branchen wie Landwirtschaft und Logistik.
• Schwarmroboter, die bei der Erzeugung und Wartung erneuerbarer Energien eingesetzt werden, beispielsweise bei der Reinigung von Solarmodulen.
• Roboterschwärme könnten verwendet werden, um andere Planeten, Monde und Asteroiden zu erforschen und zu kartieren oder weltraumgestützte Aufgaben auszuführen, die für menschliche Entdecker zu gefährlich oder schwierig wären.
• Verbesserte Umweltüberwachung, Sanierung und Erhaltung, einschließlich Überwachung der Umweltverschmutzung, Erkennung von Ölverschmutzungen oder Kartierung von Land- und Wasserressourcen.
• Diese Geräte werden zur Überwachung und Aufklärung, wie Grenzkontrolle und Sicherheit, aber auch für Spionage und Cyberangriffe eingesetzt.
• Bessere Präzisionslandwirtschaft, einschließlich der Überwachung von Nutzpflanzen und der Bekämpfung von Schädlingen und Unkräutern, was zu höheren Ernteerträgen und einem geringeren Einsatz von Pestiziden führen könnte.

Fragen zu berücksichtigen

• In welchen anderen Bereichen erwarten Sie den Einsatz von Roboterschwärmen?
• Welche ethischen Überlegungen sind bei der Entwicklung und dem Einsatz von Schwarmrobotern zu beachten?