MITs tellergroße Roboterboote fügen sich selbst zu schwimmenden Strukturen zusammen

In einem Testbecken am MIT trieben acht quadratische Roboter von der Größe eines Suppentellers aus zufälligen Startpositionen los, fanden sich zu einer vorgegebenen Umrisslinie zusammen und verklammerten sich zu einem einzigen starren Floß. Dann lösten sie sich, ordneten sich zu einer neuen Form und glitten als ein einziges Fahrzeug über das Becken. Jeder vollständige Durchlauf dauerte zwischen vier und acht Minuten.

Das System mit dem Namen FloatForm wird in einer neu veröffentlichten Open-Access-Studie in Nature Communications beschrieben, verfasst von Forschenden des Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL) des MIT und seines Senseable City Lab, mit Mitwirkenden, die heute an der University of Wisconsin-Madison und der KU Leuven tätig sind. Es ging aus Roboat hervor, einem früheren MIT-Projekt mit dem Amsterdam Institute for Advanced Metropolitan Solutions, das autonome Fahrzeuge in Originalgröße auf die Grachten dieser Stadt setzte.

Jede Einheit von 21 Zentimetern Kantenlänge ist ein eigenständiges Boot mit eigenen Antrieben, Sensoren und magnetischen Verriegelungen. Das Besondere an FloatForm ist jedoch weniger die Hardware als die Art, wie die Boote entscheiden, wohin sie fahren.

Eine Lektion von den Flößen der Feuerameisen

Das Team ließ sich von Feuerameisen inspirieren, die Überschwemmungen überleben, indem sie ihre Körper zu lebenden Flößen verketten. Keine Ameise dirigiert die anderen; jede folgt einfachen lokalen Regeln, und eine widerstandsfähige Struktur entsteht. Die meisten selbstorganisierenden Roboterschwärme setzen dagegen auf einen zentralen Computer, der jeden Zug plant — ein Ansatz, der zusammenbricht, wenn dieser Computer ausfällt, und langsamer wird, je mehr Roboter hinzukommen, sodass die Maschinen sich nacheinander zusammenfügen müssen, während die meisten untätig warten.

FloatForm kehrt dieses Verhältnis um. Ein schlanker zentraler Planer greift nur kurz ein und weist jedem Roboter eine Endposition zu, um das Gitter zu präzisieren; ansonsten navigieren die Boote, weichen Kollisionen aus und fangen Störungen selbst ab, wobei sie ihre Positionen nur mit ihren unmittelbaren Nachbarn austauschen. Weil die Berechnungen jedes Roboters von diesen Nachbarn abhängen und nicht von der Größe des Schwarms, bewegt sich die gesamte Flotte auf einmal, und die Aufbauzeit wächst kaum, wenn die Gruppe größer wird. In Simulationen skalierte der Rahmen auf 64 Boote.

„Ob man mit acht Booten oder mit 80 arbeitet — die gesamte Flotte koordiniert sich und bewegt sich gleichzeitig“, sagte Wei Wang, der Erstautor der Studie, der heute das Marine Robotics Lab an der University of Wisconsin-Madison leitet. Das Zusammenhalten bringt zudem einen physikalischen Vorteil: Wie ein Ameisenfloß trotzen die verbundenen Boote Wellen und Strömungen ruhiger als jeder einzelne Rumpf.

Die Forschenden betrachten die Wasseroberfläche als ungenutzten öffentlichen Raum. Ihre Studie nennt temporäre Infrastruktur, Umweltüberwachung und Transport auf Abruf als frühe Anwendungen; die Gruppe stellt sich zudem Notbrücken zur Entlastung des Straßenverkehrs vor, schwimmende Märkte und Pop-up-Bühnen, die für ein Fest auftauchen und sich auflösen, wenn die Menge nach Hause geht.