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Wie die Bienen es machen

Forscher der FU haben einen Roboter gebaut, der das Gehirn einer Honigbiene besitzt und aus den eigenen Erfahrungen lernen kann. Mareike-Vic Schreiber hat Tüftler in ihrer Matrix-Arena besucht.

Foto: Friedrich Richter

Foto: Friedrich Richter

Er sieht ein bisschen aus wie ein Modellauto. Nur, dass er aus unzähligen Einzelteilen besteht. Auf dem Kopf des kleinen Roboters ist eine Kamera befestigt. Er fährt unter surrendenen Geräuschen auf einem kleinen quadratischen Feld hin und her, das mit vier grauen Wänden auf dem Fußboden festgesteckt ist: Die Arena – so nennen die Forscher ihr provisorisch aufgebautes Testlabor.

Die Forscher, das sind Martin Nawrot und Tim Landgraf. Nawrot, der eigentlich Physiker ist, widmet sich bereits seit 15 Jahren der Hirnforschung. Nun ist er Juniorprofessor an der FU und leitet die Arbeitsgruppe Neuroinformatik. Zusammen mit Tim Landgraf, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Informatik, untersucht er neuronale Grundlagen des Lernens. Das sind Prozesse, die während des Lernens im Gehirn ablaufen. Es geht darum, die Funktionsweise biologischer Gehirne zu verstehen und neue Erkenntnisse für die Arbeit mit Robotern zu gewinnen.

Für ihr aktuelles Forschungsprojekt, das mit mehr als 170 Milionen Euro vom Bundesministerium für Bildung und Forschung finanziert wird, wagten die beiden einen ungewöhnlichen Versuch: Sie entwickelten einen kleinen Roboter mit der Kamera, der durch ein nachgebautes Insektengehirn gesteuert wird. Grundlage ist das einfach strukturierter sieht ein bisschen aus wie ein Mo- dellauto. Nur, dass er aus unzähligen Nervensystem der Honigbiene. Das Bahnbrechende: Sie wollen diesem Gehirn – dem technischen System – beibringen, zu lernen.

Insekten, so Nawrot, seien für die Erforschung biologischer Gehirne besonders geeignet, da sie über relativ kleine neuronale Systeme verfügen, die einfach gebaut sind. „Honigbienen gehören zu den cleveren Insekten, das heißt, sie verfügen über kognitive Fähigkeiten, zu denen andere Insekten und auch technische Systeme normalerweise nicht in der Lage sind“, so der Juniorprofessor. „Dazu gehört zum Beispiel die Fähigkeit, aus Erfahrungen zu lernen.“

Die kleine Kamera auf dem Kopf des Roboters erkennt Farben. Wie ein echtes Auge überträgt sie visuelle Reize an ein spezielles Computerprogramm, das aufgebaut ist wie das sensomotorische Netzwerk eines Bienengehirns: Mit den visuellen Eingangsdaten der Kamera treibt es die Motoren der Roboterräder an und steuert dann dessen Bewegungsrichtung. Landgraf platziert das kleine Gerät in der Mitte der Arena, in deren Ecken blaue und rote Kegel stehen. Nachdem der Roboter sich mit einem surrenden Geräusch in der Arena orientiert hat, steuert er auf den roten Kegel zu. Sobald er den roten Kegel mit seinem Kamera-Auge erblickt, wird mit Lichtblitzen eine Art Belohnungssystem in seinem sensomotorischen Netzwerk aktiviert. So lernt der Roboter innerhalb kürzester Zeit, dasselbe Objekt erneut anzusteuern und anderen Objekten aus dem Weg zu gehen. „Bei den Honigbienen funktioniert das ähnlich, wenn sie beispielsweise bestimmte Farben oder Düfte erkennen“, erklärt Nawrot.

Auch aus struktureller Sicht ist das Projekt ungewöhnlich. „Das Besondere ist, dass wir zwei völlig unterschiedliche Welten miteinander vereinen müssen – nämlich die Biologie und die Informatik“, erklärt Landgraf. Komplikationen auf der sprachlichen Ebene sind programmiert, da die Wissenschaftler verschiedenes Vokabular benutzen. Und auch ihre Arbeitsweisen unterscheiden sich deutlich voneinander. „Die Biologen arbeiten überwiegend mit Experimenten, die auf spezifischen Hypothesen beruhen. Wir Informatiker dagegen dürfen eher an neuen Technologien tüfteln und basteln“, sagt Landgraf schmunzelnd. Auch Forscher lernen eben voneinander.

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Fürs Studium in eine andere Stadt, ein Auslandssemester in Peru und ein Praktikum in Amsterdam. Mobilität, Flexibilität und Unabhängigkeit prägen das Leben einer ganzen Studentengeneration. Auch in der Liebe. Von Friederike Oertel  » weiterlesen