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Hannover Messe: Mit Kilobots Schwarmintelligenz erforschen

27. März 2019

Autonome Systeme besser verstehen durch schwarmbasierte Algorithmen


Die Produktions- und Logistikprozesse der Unternehmen befinden sich in Zeiten von Industrie 4.0 und Internet der Dinge im Umbruch. Diese sogenannte vierte industrielle Revolution begleitet die Duale Hochschule Baden-Württemberg (DHBW) Mosbach bereits seit Jahren mit einer digitalen Fabrik. Auf der Hannover Messe präsentiert die Hochschule in Halle 2 Stand A18 einen Schwarm Kilobots, mit denen sie schwarmbasierte Algorithmen für autonome Systeme erforscht.

Während viele Prozesse derzeit noch zentral geregelt werden, liegt die Steuerung bald dezentral in intelligenten Netzen und autonomen Systemen. Werkstücke tragen Informationen in Chips mit sich, Produkte werden intelligenter und tauschen Informationen untereinander und mit den Menschen aus. Im Swarm Lab simulieren DHBW-Studierende schwarmbasierte Algorithmen, mit denen zukünftig Materialbewegungen möglich sind, die sich autark steuern, organisieren und optimieren.

Das Labor der Angewandten Informatik setzt dabei auf Kilobots, kleine Roboter, die sich über je zwei Vibrationsmotoren drehen und nach vorne bewegen. Mittels Infrarotsensoren kommunizieren sie miteinander, wobei jeder Kilobot für sich nur die jeweils nächsten Kilobots wahrnimmt und beispielsweise den Abstand schätzt.  

Das Verhalten von Schwärmen ist ein Phänomen, das sich aus genau solch einer Wechselwirkung von benachbarten Individuen ergibt. Die Studierenden beginnen mit einfachen Algorithmen wie dem Nachverfolgen eines Leitroboters oder einem Räuber-Beute-System, deren Verhaltensweisen in der virtuellen Simulation programmiert werden.

Neuentwicklung der Mosbots

„Die Kilobots leisten einen wertvollen Beitrag zum vertieften Verständnis von Schwarmverhalten“, so die Projektbetreuer Prof. Dr. Alexander Auch und Dr. Carsten Müller. Die Ergebnisse fließen in zukünftige Vorlesungen im Bereich Software Engineering ein, um den Studierenden die Methodik solcher Algorithmen und die Programmierung von Mikrocontrollern zu vermitteln. Der Schwarm der DHBW besteht aktuell aus 50 Individuen. 10 davon entsprechen dem ursprünglichen Design aus Harvard, die neue Generation der „Mosbots“ besitzt erweiterte Sensorik und eine optimierte Platine. Für Hardwareherstellung und Platinenlayout kooperiert die Informatik mit der Elektrotechnik und der Mechatronik.

Die Materialkosten eines einzelnen Kilobots liegen bewusst im niedrigen Bereich, um kostengünstig große Schwärme produzieren zu können. Dies erlaubt, die virtuellen Simulationen in der Realität zu testen. Die Vision: Die Kilobots bzw. deren Nachfolger transportieren zukünftig Werkstücke zwischen kollaborativen Robotern.

Das Swarm-Lab

Der Beitrag der DHBW Mosbach im Wissenschaftsjahr 2019 „Künstliche Intelligenz” ist die Erforschung von Schwarmintelligenz mit Kilobots, für die Studierende der Angewandten Informatik Algorithmen entwickeln. Das Swarm Lab ist damit eingebettet in die forschungsintegrierte Lehre: www.mosbach.dhbw.de/swarm-lab