Robotik Der Golem aus dem Rechner

Forscher träumen von Maschinen, die sich selbst entwerfen. Im Computer macht die technische Evolution erfolgreich ihre ersten Schritte.

Seit Beginn der industriellen Revolution ersinnen Ingenieure Maschinen, die dem Menschen Arbeit abnehmen, nicht selten so gründlich, dass ganze Berufszweige überflüssig werden. Nur sich selbst konnten Ingenieure bisher nicht ersetzen. Noch immer ist der Entwurf von Maschinen eine Kunst, die nicht vollständig automatisiert werden kann. Aber auch das soll sich ändern. Einige Forscher wollen lösen, was der US-Robotiker Hod Lipson das »Metaproblem der Ingenieurwissenschaften« nennt: »eine Maschine bauen, die selbstständig andere Maschinen entwerfen und bauen kann«.

Lipson ist ein Vertreter der so genannten Evolutionären Robotik. Der recht junge Forschungszweig will dem Maschinenreich Fähigkeiten verleihen, die bisher dem organischen Leben vorbehalten waren. Maschinen sollen wachsen, mutieren, sich an eine veränderte Umwelt anpassen und vervielfältigen.

»Wir wollen die Evolution für uns arbeiten lassen«, sagt Rolf Pfeifer, der das AILab, das Labor für Künstliche Intelligenz, an der Universität Zürich leitet. »Unsere große Schwäche als menschliche Designer ist, dass wir Vorurteile haben. Ein Computer hingegen, der zum Beispiel genetische Algorithmen nutzt, hat keine Vorurteile. Der kann Lösungen entwickeln, auf die wir nicht kommen würden.«

Die Grundprinzipien der Evolution, Mutation und Selektion, machten Forscher schon vor Jahrzehnten für technische Probleme nutzbar. Der Berliner Bionik-Ingenieur Ingo Rechenberg entwickelte in den sechziger Jahren in Windkanalexperimenten seine »Evolutionsstrategie«. Indem er die Form einer Tragfläche immer wieder mutieren ließ und nur die besten Varianten weiterverwendete, fand er jene Lösung für den geringsten Luftwiderstand.

Wissenschaftler wie Lawrence Fogel und John Holland erdachten verschiedene Ansätze für »evolutionäre Algorithmen«, mit denen die für ein bestimmtes Problem optimalen Programme gefunden werden. Dank fortgeschrittener Rechnertechnik konnte der US-Computergrafiker Karl Sims dann 1994 erstmals virtuelle Wesen in einer Rechnerwelt demonstrieren, deren Gestalt und Steuerungsprogramm sich im Laufe mehrerer Generationen weiterentwickelten, um besser laufen oder springen zu können.

Bis in einer Simulation evolvierte Roboter entstanden, dauerte es noch mehrere Jahre – bis zum Golem-Projekt von Hod Lipson und Jordan Pollack. Das Akronym Golem steht für »Genetisch organisierte lebensähnliche Elektro-Mechanik«. Anders als im alten jüdischen Mythos des aus Lehm erschaffenen Golems, entstanden die Roboter-Kreationen nicht aus den Händen eines Töpfers, sondern in einem 3D-Drucker.

Lipson und Pollack schrieben zunächst ein Programm, das Gestalt und Steuerung des simulierten Roboters auf einer virtuellen Oberfläche beschreibt. Mögliche Elemente waren Verbindungsstreben mit Gelenken, eine Art hydraulisches Gestänge, das Bewegungen erzeugen kann, und künstliche Neuronen. Jeder von 200 Robotern in der Startpopulation bekam eine zufällige Anfangsausstattung. Einige Exemplare unterzogen die beiden außerdem einer Mutation: Verbindungsstreben wurden nach dem Zufallsprinzip gekürzt oder verlängert, die Aktivität von Neuronen verstärkt oder geschwächt.