Eine einzelne Ameise ist kaum fähig zu überleben. Im Zusammenspiel mit Millionen weiteren Artgenossen in Ameisenstaaten ist sie aber zu erstaunlichen Taten fähig. Die Tiere schaffen gemeinsam Nahrung heran und bauen ein komplexes, von tausenden Gängen durchzogenes Nest, ohne dass eine zentrale Instanz Kommandos geben würde.

Entwickler von Robotiksystemen nehmen sich diese Art der Koordination zum Vorbild. Das Ziel ist, eine Vielzahl jeweils autonom agierender Einheiten zu schaffen, die für das Erreichen eines gemeinsamen Ziels zusammenarbeiten. Auch das EU-Projekt CPSwarm, das im Rahmen des Horizon-2020-Programms gefördert wird, widmet sich der Entwicklung von Systemen, die im Schwarm agieren können.

Neun Partner aus sechs verschiedenen EU-Staaten sind in dem Projekt mit an Bord. Aus Österreich kommen mit der der Forschungsorganisation Lakeside Labs, der Alpen-Adria-Universität Klagenfurt und dem Unternehmen TTTech gleich drei der Teilhaber.

Die im Rahmen des Projekts entwickelten Technologien sollen anhand von drei Anwendungsbeispielen vorgestellt werden, sagt Melanie Schranz, Senior-Researcherin in den im Klagenfurter Lakeside Park beheimateten Lakeside Labs.

Zum einen sollen mittels Drohnen, die im Schwarm agieren, Anlagen überwacht sowie Such- und Rettungsaktionen im Katastrophenfall durchgeführt werden können. Die Drohnen könnten etwa im Unglücksfall ein Kraftwerk durchfliegen und nach Opfern suchen. Wird ein verletzter Mensch entdeckt, könnte von den Flugdrohnen ein Bodenroboter ausgeschickt werden, um das Opfer schnellstmöglich zum Ausgang zu bringen, beschreibt Schranz.

Der Lkw-Schwarm

In einem weiteren Anwendungsfall soll die Schwarmtechnologie eingesetzt werden, um Fahrzeuge – etwa Lkw-Züge – aneinanderzukoppeln. Bei dieser Form des sogenannten Platooning sollen nachfolgende Fahrzeuge einem ersten folgen, aber, sofern notwendig, auch selbstständige Manöver wie Überholvorgänge durchführen können.

Der dritte Use-Case schließlich fällt in den Bereich der Lagerlogistik. Drohnen, Rover und andere Roboter sollen hier bei verschiedenen Aufgaben flexibel zusammenarbeiten. Sie sammeln nicht nur Daten über Waren und Umgebungsbedingungen, sondern sollen beispielsweise auch beim Transport schwerer Gegenstände kooperieren.

Der Vorteil derartiger Systeme ist klar. Sie sind extrem flexibel, äußerst robust und auf Einsätze jeder Größenordnung skalierbar. "Fällt eine Drohne aus, kann sich eine neue, die auf Basis derselben Regeln funktioniert, nahtlos einordnen", betont Schranz. Bis die Technik aber tatsächlich zum Einsatz kommt, ist noch viel Entwicklungsarbeit nötig.

Im Projekt testet man die verschiedensten Ansätze der Koordination, die von der Kollisionsvermeidung bis zur Kommunikation und Aufgabenverteilung viele Aspekte abdeckt. "Durch die Interaktion der einzelnen cyber-physischen Systeme entstehen neue Verhaltensweisen, die schwer vorherzusagen sind", sagt Schranz. "Bei der Kontrolle dieses Verhaltens stehen wir ganz am Anfang."

Am Ende des drei Jahre laufenden Projekts soll eine Art Werkzeugkasten aus Algorithmen stehen, der Entwickler befähigt, kollaborative und autonome Roboter aufzusetzen, zu testen und anzuwenden. Es soll eine Bibliothek an verschiedenen Funktionen verfügbar werden, die eine Basis für neue Entwicklungen bieten. Spezielle Simulationen sollen helfen, die Systeme entsprechend ihrer Anwendung zu optimieren. Irgendwann könnten dann die Drohnen auch in Schwärmen ausrücken. (Alois Pumhösel, 13.12.2018)