Roboter liefern Lösungen zum Rätsel der Kommunikationsentwicklung
Ein schweizer Forscherteam hat im Rahmen der Untersuchung von virtuellen Robotergruppen mit entwicklungsfähigen Genomen die Faktoren herausgefunden, die die Entwicklung der Kommunikation in sozialen Organismen beeinflussen. Diese Studie wurden über das von der EU geförderte ECAgents-Projekt (Embodied and Communicating Agents) finanziert. Das Projektziel ist die Entwicklung einer neuen Generation von Robotern, die miteinander und mit ihrer Umwelt ohne menschliches Zutun interagieren können. Diese Studie wurde online in der Fachzeitschrift "Current Biology" veröffentlicht. Die Forscher schufen virtuelle Roboter, deren Bewegungen und sensorische Informationsprozessoren in künstliche Genome codiert wurden, die mutieren sowie sich rekombinieren und dadurch eine Art genetischer Variation schaffen können, wie sie aus einer geschlechtlichen Reproduktion entsteht. Anschließend beobachteten sie 100 Kolonien aus 10 Robotern über 500 Generationen lang und verfolgten ihr Verhalten und ihre Leistung. In allen Kolonien enthielt die virtuelle Umwelt der Roboter sowohl Nahrungsmittelquellen als auch Gifte. Die Roboter kommunizierten miteinander über ein blaues Licht, das sie aussendeten. Theoretisch konnte die Effizienz der Nahrungsmittelsuche verbessert werden, wenn die Roboter sich die Informationen über den Standort von Nahrung und Gift gegenseitig mitteilten. Um die Auswirkungen von Verwandtschaft und Selektionsniveau in den Ergebnissen der Kolonien zu untersuchen, haben die Forscher Situationen mit hohem und niedrigem Verwandtschaftsgrad geschaffen und eine Selektion entweder auf individueller oder auf Kolonieebene. Die Forscher fanden heraus, dass sich die Kommunikation in Kolonien, wo eine genetische Nähe zwischen den Robotern bestand oder wo ein Evolutionsdruck hauptsächlich auf Gruppenebene einwirkte, schnell entwickelte. Die einzigen Kolonien, wo Kommunikation nicht zu einer verbesserten Effizienz bei der Nahrungsbeschaffung führte, waren diejenigen mit einem niedrigen Verwandtschafsgrad und einem starken Selektionsdruck auf individueller Ebene. In einigen Kolonien entstand eine irreführende Nachrichtenübermittlung, die zur weiteren Senkung der Gesamtleistung der Kolonie führte. Interessanterweise entstanden zwei unterschiedliche Kommunikationsstrategien in Kolonien mit eng verwandten Robotern mit Selektion auf Kolonieebene, wobei einige Kolonien ein System entwickelten, bei dem Signale ausgesendet wurden, wenn sie sich in der Nähe von Nahrung befanden. Andere Kolonien sendeten Signale bei Gift aus. In beiden Fällen spiegelte die Reaktion der Roboter auf Lichteinwirkung das vorherrschende System wider. Die Roboter in den Kolonien, die Nahrung signalisierten, wurden vom Licht angezogen, wogegen die Roboter in den Gift signalisierenden Kolonien vom Licht abgestoßen wurden. Die Studie machte deutlich, dass, sobald die Systeme eingerichtet waren, keine Tendenz dazu bestand, zum anderen System umzuschalten. "Der Grund dafür ist, dass eine Änderung der Signalisierungs- oder der Reaktionsstrategie das Kommunikationssystem völlig zerstören würde und zu einer Leistungsminderung führen würde", schreiben die Forscher. Nachdem die Forscher festgestellt hatten, was mit den Roboterkolonien in der virtuellen Welt geschieht, übertrugen sie das Programm erfolgreich auf echte Roboter. "Diese Studie zeigt, das sich in Robotergruppen mit einfachen neuronalen Netzwerken komplexe Kommunikationsformen entwickeln können", schreiben die Forscher. "Unsere Versuche zeigen, dass die evolutionären Prinzipien, die die Entwicklung eines sozialen Lebens bestimmen, auch in Gruppen künstlicher Individuen funktionieren, die einer künstlichen Selektion unterliegen. Daran sieht man, dass sich die Übertragung von Kenntnissen aus der evolutionären Biologie für die Entwicklung effizienter Gruppen von kooperierenden Robotern als nützlich erweisen kann", schließen sie.
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