Swarmanoid

Roboter klauen ein Buch

Ein Film über Roboter, die ein Buch aus einem Regal entwenden, ist als bestes Video auf einer Konferenz über künstliche Intelligenz ausgezeichnet worden. Die kleinen Roboter haben im Schwarm eine Aufgabe erledigt, zu der jeder für sich nicht in der Lage gewesen wäre.

Wir tun uns zusammen und klauen ein Buch aus Papas Bibliothek: Für einen solchen Plot bekommt ein Filmemacher normalerweise keinen Filmpreis. In Ausnahmefällen aber doch. Mauro Birattari und Rehan O'Grady sind eine solche Ausnahme. In ihrem Film spielt eine Gruppe Roboter die Hauptrolle.

Swarmanoid heißen die Roboter, die im Rahmen eines europäischen Forschungsprojektes entwickelt werden. Beteiligt sind Wissenschaftler aus Belgien, der Schweiz und Italien unter der Leitung von Marco Dorigo, Forschungsdirektor am Institut für künstliche Intelligenz der Freien Universität Brüssel. Ziel ist, relativ einfache Roboter mit verschiedenen Fähigkeiten zu entwickeln, die im Schwarm komplexe Auflagen bewältigen können.

Drei verschiedene Roboter

Drei Typen von Schwarmrobotern gibt es. Da ist zunächst der Handbot. Er hat zwei Arme, mit denen er greifen und auch klettern kann. Aber er kann sich nicht selbst fortbewegen. Deshalb braucht er ein Transportvehikel. Diese Aufgabe übernimmt der Footbot. Das ist ein runder Roboter mit Rädern. Er verfügt über Sensoren für Entfernung, Licht und Beschleunigung sowie eine Kamera. Er hat einen kleinen Greifer, mit dem er sich mit anderen Footbots oder einem Handbot verbinden kann. Zwei Footbots können einen Handbot in ihre Mitte nehmen und transportieren. Der Eyebot schließlich ist ein Flugroboter, der fliegt, das Terrain sondiert und die anderen Roboter dirigiert.

Damit die Roboter gemeinsam eine Aufgabe erledigen können, müssen sie miteinander kommunizieren. Das geht optisch, mit Farbsignalen. Dazu haben die Forscher die Roboter mit acht Leuchtdioden (LED) ausgestattet, die in verschiedenen Farben leuchten. Mit einigen wenigen Regeln, die als Farbcode ausgegeben werden, verständigen sich die Roboter. Dabei muss ein einzelner Roboter nur wissen, dass und von welchem Roboter er angesprochen wird. Es ist nicht wichtig, dass er das Ziel einer Aktion kennt. Er gehorcht einfach dem Signal seines Nachbarn, und der führt seine Aufgabe fort, wenn er die nötige Hilfe bekommen hat.

Vorhut Eyebots

Bei dem Buchdiebstahl-Szenario wissen die Schwarmroboter zunächst nur, dass sie das Buch holen sollen, aber nichts über die Umgebung - mehrere Räume mit magnetischen Decken. Zunächst fliegen die Eyebots los und suchen nach dem Buch. Sie heften sich in jedem Raum an die Ecke und bilden so eine Kommunikationskette. Haben sie das Buch gefunden, signalisieren sie das mit ihren LEDs dem Rest der Truppe.

Zwei Handbots verbinden sich daraufhin mit je zwei Footbots, die sie zum Einsatzort transportieren sollen. Inzwischen bilden die übrigen Footbots eine Postenkette, die den Handbot-Crews den Weg zum Bücherregal weisen.

Mit Geschick das Bücherregal erklettern

Dort angekommen, klettert der erste Handbot kühn das Regal hoch. Zuerst schießt er in klassischer Einbrechermanier eine Schnur mit einer magnetischen Halterung an die Decke. Die Schnur wird beim Klettern auf eine Winde gewickelt. Er zieht sich aber nicht einfach an der Schnur nach oben - die hält nur sein Gewicht -, sondern klettert an einer Wange des Regals hoch. Dabei macht er sich zunutze, dass seine Arme an einer rotierenden Scheibe befestigt sind. Er greift mit einer Hand nach dem Brett, und durch die Drehung wird er hochgehoben.

Hat der Handbot das Buch erreicht, packt er es. Dann lässt er das Regal los. Mit zwei Propellern bläst er sich vom Regal weg und lässt sich an der Schnur wieder auf den Boden herab. Ist er dort angekommen, schnappen ihn sich die beiden Footbots wieder und machen, dass sie mit Dieb und Beute davonkommen. Die zweite Footbot-Handbot-Gruppe könnte ein weiteres Buch stehlen oder als Hilfe dienen, falls der erste Handbot das Buch verlieren sollte.

Fremde Planeten und Erdbebengebiete

Was in diesem Szenario spielerisch anmutet, hat einen handfesten Hintergrund: Die Roboter sollen künftig in unstrukturierten Umgebungen eingesetzt werden. Das können Aufklärungs- und Rettungsmissionen in Katastrophengebieten, etwa nach einem Erdbeben, das kann aber auch die Erkundung eines fremden Planeten sein. Die Idee ist, dass ein Schwarm einfacher kleiner Roboter weniger anfällig ist als ein komplexer großer. Fällt dieser aus, ist damit unter Umständen die ganze Mission fehlgeschlagen. Ein Schwarm hingegen kann durchaus den Verlust von einigen Robotern verschmerzen.

Der Film über den robotischen Bücherdiebstahl ist auf der Jahreskonferenz der Association for the Advancement of Artificial Intelligence (AAAI) im Rahmen der AAAI Video Competition 2011 als bestes Video ausgezeichnet worden. Die AAAI-11 fand vom 7. bis zum 11. August in San Francisco statt.