Kompetenzzentrum "Fertigungs- und Informationsmanagement"

Die Natur fasziniert mit hochkomplexem Verhalten bei Tieren in großen Gruppen. Es gibt viele Beispiele für schwarmbasierte Verhaltensweisen, für die die Zusammenarbeit einzelner Individuen, die für sich genommen wenig bewerkstelligen können, aber in einer Gruppe zu erstaunlichen Leistungen fähig sind. Ameisenkolonien suchen so zum Beispiel große Bereiche nach Nahrung ab oder schließen sich zu Brücken und Ketten zusammen, um Hindernisse zu überqueren oder zu umgehen. Das Verhalten von Schwärmen ist ein emergentes Phänomen, das sich ausschließlich aus der Wechselwirkung von benachbarten Individuen ergibt.

Um die Verhaltensweise von autonomen Systemen studieren zu können, entwickelte eine Arbeitsgruppe an der Harvard University einfache bewegliche Roboter, sogenannte Kilobots. Sie können mittels Infrarotsensoren miteinander kommunizieren, wobei jeder Kilobot für sich nur die jeweils nächsten Kilobots wahrnimmt. Darüber schätzen sie u.a. die Abstände zueinander ein. Über je zwei Vibrationsmotoren drehen sich die Kilobots und bewegen sich nach vorne. Mit den Kilobots können Schwärme von 10 bis 1000 Einheiten aufgebaut werden, um neue Algorithmen zur Kommunikation und Organisation der Schwärme zu entwickeln.

Das Labor des Studiengangs Angewandte Informatik der DHBW Mosbach setzt diese Kilobots in Forschung und Lehre ein, um schwarmbasierte Algorithmen weiterzuentwickeln und den Studierenden schwarmbasierte Algorithmen zu vermitteln. Studierende der DHBW Mosbach im Studiengang Angwandte Informatik kombinieren die Basisfunktionalitäten zu einem leistungsfähigen Forschungsmodell. Die Studierenden beginnen beispielsweise mit einfachen Algorithmen wie dem Nachverfolgen eines Leitroboters, Räuber-Beute-Verhalten (einem Räuber ausweichen) oder dem Verhalten von Vogelschwärmen, die mittels einfacher Regeln Abstand und Richtung untereinander koordinieren. „Die Kilobots leisten einen wertvollen Beitrag zum vertieften Verständnis von Schwarmverhalten“, so Prof. Dr. Alexander Auch.

Die Produktions- und Logistikprozesse der Unternehmen befinden sich in Zeiten von Industrie 4.0 und Internet der Dinge im Umbruch. Während viele Prozesse heutzutage zentral geregelt werden, liegt die Steuerung bald dezentral in intelligenten Netzen und autonomen Systemen: Werkstücke tragen die Informationen in Chips mit sich, Produkte werden intelligenter und tauschen Informationen untereinander und mit den Menschen aus. Diese sogenannte vierte industrielle Revolution begleitet das Kompetenzzentrum "Fertigungs- und Informationsmanagement" (FIM) der Dualen Hochschule Baden-Württemberg (DHBW) Mosbach bereits seit Jahren mit einer digitalen Fabrik.

Auch für die logistischen Material- und Warenflüsse innerhalb einer Produktionsumgebung helfen Erkenntnisse aus der Erforschung von schwarmbasierten Algorithmen, um dezentrale Organisations- und Interaktionsmöglichkeiten von autonomen Systemen besser zu verstehen. Als Vision für die Zukunft können auf Grundlage solcher Forschungen sich selbst zusammenbauende kleinen Einheiten entwickelt werden, um Fertigungskomponenten zu bauen, deren Struktur sich dynamisch der Aufgabe anpasst.

Durch die Kilobots sollen zukünftig intelligente Verkehrssysteme basierend auf Schwarmintelligenz erforscht werden. Bereits heute dient die Simulation von Schwarmverhalten dazu, Stau zu vermeiden oder Emissionen durch intelligente Verkehrsflüsse zu reduzieren. Des Weiteren kann die Forschung mit Kilobots dazu beitragen, dass die gesamte Verkehrsinfrastruktur sicherer und effizienter genutzt werden kann.