[DIE WELT.de] [Image] Grillen lehren Roboter schnelles Reagieren Die Entwickler von autonom arbeitenden Maschinen bilden die Signalverarbeitung von Insekten nach von Hans-Arthur Marsiske Cambridge (England) -  Bekanntlich können erotische Signale regelrecht elektrisierend wirken. Das gilt auch für Grillen, wie die Zoologen Berthold Hedwig und James F. A. Poulet von der britischen Universität Cambridge herausfanden: Wenn die Weibchen das Zirpen männlicher Artgenossen hören, reagieren sie schlagartig innerhalb von nur sechs Hundertstelsekunden. In dieser Zeit richten sie ihre Bewegung auf die Schallquelle aus, wie die Forscher kürzlich im Fachmagazin "Nature" berichteten. Sie hatten dafür Grillen mit einem Draht auf einem hoch empfindlichen "track ball" fixiert - einer Kugel, die die Beinbewegungen der Insekten mit einer zeitlichen Auflösung von 0,3 Tausendstelsekunden aufzeichnen kann. So konnten sie die Reaktionen der Tiere auf Grillengesänge mit bislang unerreichter Genauigkeit aufzeichnen. Ihre Beobachtungen widersprechen Annahmen, wonach im Grillengehirn zunächst Mustererkennungsprozesse ablaufen und die Grille sich dann dem "besseren Gesangsmuster" zuwendet. Solche Prozesse, schreiben die Forscher, seien "zu langsam, um die beobachteten schnellen Richtungsänderungen hervorzurufen". Ihre Experimente, so Hedwig und Poulet, bieten wichtige Anregungen für die Konstruktion von Robotern. Denn bei autonom agierenden Maschinen kommt es besonders auf schnelle Auffassungsgabe an. In der Tat ist technisches Interesse eine wichtige Motivation für Insektenstudien. So förderten etwa das australische und das amerikanische Militär Studien zur Entfernungswahrnehmung bei Bienen, weil sie sich davon Erkenntnisse für den Bau kleiner autonomer Aufklärungsflugzeuge erhoffen. Ein australisch-deutsches Forschungsteam ließ Bienen durch einen sechs Meter langen Tunnel fliegen und stellte fest, dass die Distanz von den Insekten sehr unterschiedlich wahrgenommen wurden, je nachdem wie die Tunnelwände gestaltet waren. Bei einem abwechslungsreichen Muster konnte die Strecke den Bienen wie 186 Meter erscheinen. Projektleiter Mandyam V. Srinivasan von der Australian National University vermutet daher, "dass Honigbienen sich in erster Linie auf die Bewegung von optischen Reizen stützen, um Entfernungen abzuschätzen" - ähnlich den am Autofenster vorbeirasenden Bäumen. Eine ähnliche Bewegungswahrnehmung beobachtete Srinivasan auch bei Libellen. Bei der Verteidigung ihres Reviers gegen Rivalen achten Libellenmännchen nämlich erstaunlich präzise darauf, dass sie von ihrem Gegner immer aus dem gleichen Winkel wahrgenommen werden. Dadurch bleibt ihr Abbild auf der Netzhaut stets auf dem gleichen Fleck. Sie scheinen stillzustehen, obwohl sie gerade einen Angriff fliegen. Mit der gleichen Methode hoffen Militärs, Raketenabwehrsysteme austricksen zu können. Damit das gelingt, ist es wichtig, den Steuerungsmechanismus aufzuklären, der Wahrnehmung und Bewegung verbindet. Beim Insektengehirn ist das vergleichsweise überschaubar: So sind es etwa bei der Fliege nur 60 Nervenzellen pro Gehirnhälfte, welche die Bewegungsreize verrechnen und die entsprechenden Signale an die Zentren weitergeben, die den Flügelschlag kontrollieren. Diese Nervenzellen sind über eine Art Reihenschaltung verbunden, wie Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Neurobiologie in Martinsried kürzlich feststellten. Die Forscher hatten sich dabei zunächst auf so genannte VS-Zellen konzentriert, die für vertikale Bewegungsreize zuständig sind. "Durch diese Art der Verschaltung muss nicht jede einzelne Zelle kompliziert verdrahtet werden, sondern es genügen einfache Regeln, um die rezeptiven Felder der VS-Zellen zu erzeugen", sagt Max-Planck-Forscher Jürgen Haag. "Eine ökonomische Art, alle vorhandenen Zellen einzubeziehen, die dann durch die unterschiedliche Stärke ihrer Aktivierung die Weitermeldung der genauen Position der Fliege ermöglichen." Solche Erkenntnisse können eine wichtige Inspirationsquelle für Programmierer sein, die versuchen, Roboter mit ähnlichen neuronalen Netzen auszustatten. Der Wissenstransfer bewegt sich indessen nicht auf einer Einbahnstraße. Ebenso wie die Robotik durch die Biologie angeregt wird, lassen sich umgekehrt Biologen durch Robotik-Experimente inspirieren. So haben Martin Egelhaaf und sein Forschungsteam an der Universität Bielefeld ein Computerprogramm entwickelt, das die neuronale Verarbeitung der Netzhautbilder einer Fliege simuliert. Dieses Programm soll zu einem autonom agierenden Software-Agenten weiterentwickelt werden, einer "virtuellen Fliege", die ähnlich zuverlässig navigieren kann wie eine reale Fliege. Solche Modelle sind erforderlich, um die experimentell gewonnenen Daten zu testen und zu einer stimmigen Theorie zu verallgemeinern. Manchmal widerlegen sie auch die von Biologen formulierten Hypothesen. So glaubten Wissenschaftler zeigen zu können, dass Ratten sich mithilfe interner "Landkarten" in ihrer Umgebung orientieren: Sie trainierten die Tiere, in einer bestimmten Ecke einer Kiste nach Nahrung zu suchen. Dann setzten sie die Ratten in eine andere Kiste gleicher Form. Wieder suchten die Versuchstiere in der gleichen Ecke. Der dänische Informatiker Henrik Lund und der Psychologe Orazio Miglino aus Neapel konnten das gleiche Verhalten jedoch mit Robotern erzeugen, die über kein Gedächtnis verfügten und von einem neuronalen Netzwerk mit lediglich zehn Knoten gesteuert wurden. Damit war die Theorie der internen Modelle bei Ratten zwar nicht widerlegt, aber die experimentelle Absicherung als unzureichend entlarvt. Auch die Untersuchungen zur akustischen Orientierung von Grillen waren durch Roboterexperimente vorbereitet worden. Barbara Webb, Psychologin an der schottischen University of Stirling, arbeitet seit 1991 mit einer Robotergrille, die das Verhalten realer Grillen reproduziert. Während Biologen annahmen, dass etwa 20 Neuronen erforderlich sind, um Bewegungen auf eine Geräuschquelle auszurichten, konnte Webb zeigen, dass das gleiche Verhalten bereits mit vier Neuronen möglich ist. Es waren auch keine zwei separaten Systeme für die Identifizierung des Zirpens und für die Lokalisierung der Quelle nötig. Die Experimente von Hedwig und Poulet sollten jetzt klären, ob diese am Roboter gewonnene Erkenntnis auch für reale Grillen gilt. "Die Ergebnisse zeigen", so Webb, "dass sich Grillen nicht so verhalten, wie es der Roboter nahe gelegt hat. Das Robotermodell beruhte auf der Annahme, dass Erkennung und Lokalisierung ein kombinierter Vorgang ist statt paralleler Prozesse. Insofern hat das Experiment das existierende Modell (nützlicherweise) widerlegt und eine alternative Lösung angeregt. Wir sind gegenwärtig dabei, diese neue Lösung auf dem Roboter zu implementieren." Das Studium von Lebewesen bietet also wertvolle Anregungen für die Konstruktion von Maschinen. Aber durch den Bau von Maschinen nach der Natur verstehen Forscher diese wiederum besser. Natur und Technik befruchten sich gegenseitig. Artikel erschienen am Di, 7. September 2004 Artikel drucken   © WELT.de 1995 - 2004