In der Zukunft könnten uns Roboter-Schwärme dabei helfen, Aufgaben von der Suche und Rettung bis zur Landwirtschaft zu erledigen, sagen Forscher.

Stellen Sie sich vor, es gibt eine Herde von Flugrobotern, die zum Beispiel nach einem verlorenen Wanderer suchen. Sie müssen eine große Fläche des abgelegenen Busches bedecken und ein zentraler Kommandant wird nicht funktionieren, weil sie so verteilt sind.

Stattdessen arbeiten die Roboter kooperativ, um die beste Methode zu berechnen, um diesen großen Bereich genau und schnell abzudecken und zu durchsuchen.

"Wir hoffen, eines Tages einen Roboterschwarm zu erschaffen, der wie ein Schwarm Stare auftreten und tanzen kann ..."

Dieses Szenario ist weniger Black Mirror als es sich anhört, und mehr über die Konzentration auf praktische Lösungen für Aufgaben, die für Menschen schwer zu erledigen sind, sagt Airlie Chapman von der Melbourne School of Engineering.

Chapman beschreibt den Forschungsschwerpunkt in der Mechatronik und sagt, dass es sich um eine Mehrfahrzeugrobotik handelt oder um die Zusammenarbeit vieler Roboter, um ein gemeinsames Ziel zu erreichen.

Mechatroniker erforschen Entwicklungen in der Automatisierung und Fertigung, indem sie verschiedene Ingenieurdisziplinen miteinander verbinden. Dabei können intelligente Maschinen geschaffen werden, die sich ihrer Umgebung bewusst sind und eigenständige Entscheidungen treffen können.

Chapman arbeitet speziell auf dem Gebiet der Mehrfahrzeug- oder Schwarmrobotik. Chapman nutzt eine Kombination aus Mechanik, Elektrik und Software-Engineering, um die Roboter zu bauen. Anschließend programmiert er die Fahrzeuge mithilfe von Algorithmen, um autonom zu reagieren und zu denken.

Viele Bots sind besser als einer

„Der Einsatz vieler kleinerer unbemannter Luftfahrzeuge (UAVs) anstelle eines großen hat Vorteile, insbesondere bei der Beseitigung von Ölverschmutzungen, bei der Überwachung der Umwelt oder bei der Suche nach Überlebenden eines Mineneinsturzes“, sagt Chapman.

"Das nennt man Mensch-Schwarm-Interaktion."

Es gibt nicht nur das Redundanzelement bei kleineren Fahrzeugen - der Verlust eines kleinen UAV aus einer Gruppe ist weniger problematisch als der Verlust eines einzelnen großen UAV -, sondern es gibt auch die Vorteile der Implementierung. Zum einen gibt es die verbesserte Deckungsfähigkeit und reduzierte Kosten.

"Ein Schwarm billiger kleiner Roboter mit jeweils geringen Fähigkeiten kann einen teuren, hochleistungsfähigen Roboter ersetzen", sagt sie.

In Australien werden UAVs jetzt für die Überwachung der Landwirtschaft sowie für die Brandung und Rettung im Meer verwendet, was bedeutet, dass die Arbeit schneller erledigt wird, was besonders für zeitkritische Anwendungen wichtig ist.

Derzeit muss für Rettungsaktionen ein ausgebildeter Lebensretter das UAV fliegen. Aber wäre es nicht einfacher, wenn das UAV autonom arbeiten könnte, wodurch vermieden wird, dass der Lebensretter aus seinem Fachgebiet entfernt wird, während ein weiteres Paar „Augen“ hinzugefügt wird, die Schwimmer in der Brandung beobachten?

Aber die manchmal tödliche Brandung Australiens ist nur eine Gefahr, die Chapman und die Roboter ihrer Kollegen überwachen könnten.

„Bei der Buschbrandbekämpfung können autonome Systeme mit Menschen zusammenarbeiten. Eine Herde von Luftfahrzeugen könnte die Feuerwehr unterstützen, indem sie wichtige Informationen über die sich ändernden Brandbedingungen bereitstellt.

„Wenn sich Feuerwehrleute mit der Feuerfront bewegen, kann sich die Herde gemeinsam bewegen und sich besser positionieren, um wichtigere Informationen zu sammeln und weiterzugeben. Dies nennt man Mensch-Schwarm-Interaktion “, sagt Chapman.

Probleme einfach lösen

Obwohl es technologisch einschüchternd klingen mag, sagt Chapman, dass es ein Teil ihrer Aufgabe ist, „leicht verständliche Lösungen für wirklich komplexe Probleme“ zu kommunizieren. Und sie nutzt diese Fähigkeit, um den Nutzen in reale Ergebnisse zu bringen, in der Brandung, auf der Farm und in der Wildnis.

Das Potenzial für Chapmans Arbeit, die sich auf mehrere Branchen auswirkt, ist ebenfalls weitreichend, einschließlich Luft- und Raumfahrt und Verteidigung, kritischer Infrastruktur und Logistik, landwirtschaftlicher Robotik und sogar Automatisierung im Bergbau. Und es geht auf ihr Ziel zurück, das menschliche Element von "stumpfen, schmutzigen und gefährlichen Aufgaben" zu entfernen.

Während ihre Forschung in die Zukunft blickt, kommt Chapmans Inspiration auch aus der Natur.

„Ich war schon immer sehr matheorientiert. Die Gelegenheit, etwas aufführen und zu Ihrer Mathematik tanzen zu sehen, ist sehr aufregend. Sie können sich schwärmende Fische oder einen Vogelschwarm ansehen und die gleiche Gleichung für Roboter aufstellen “, sagt sie.

Chapman sagt jedoch, es gebe immer mehr Möglichkeiten für die Interaktion und Zusammenarbeit zwischen Mensch und Roboter - Kräfte bündeln, um die großen Herausforderungen der Gesellschaft zu lösen.

Teams bilden

„UAVs werden in Zukunft unauffälliger und fungieren als Big-Data-Sammler“, sagt Chapman. "Kleinere Fahrzeuge werden hier eine Kernkomponente sein und leise Echtzeitinformationen aus der Vogelperspektive erfassen, die für eine gute Gesamtleistung miteinander verbundener Systeme entscheidend sind."

„Diese Roboter könnten uns zuverlässige Daten liefern, die unser Wissen über die Welt erweitern. Die präzise Bewässerung von Pflanzen könnte uns beispielsweise genauere Karten über Landerosion, Pflanzengesundheit und Wasserabfluss liefern und gleichzeitig den Wasserverbrauch minimieren “, sagt sie.

Roboter und Menschen arbeiten also zusammen.

Laut Chapman ist diese Interkonnektivität ein Trend, der im Engineering der Zukunft zunehmen wird. Unabhängig davon, ob mit Robotern die Effizienz koordinierter Rettungsmaßnahmen bei der Wiederherstellung nach Katastrophen verbessert oder miteinander verbundene Transportnetze verbessert werden, ist das Potenzial der Mehrfahrzeugrobotik zur Unterstützung des Menschen unbegrenzt.

„Wir hoffen, eines Tages einen Roboterschwarm zu schaffen, der wie ein Schwarm Stare auftreten und tanzen kann - alles durch Mathematik und Ingenieurwesen.“

Quelle: Prue Gildea für University of Melbourne

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