Biologie Die Evolution tierischer Bauwerke

Roboter bauen nach dem Vorbild von Termiten ein Hochhaus. Foto: E. Grinnell, Harvard
Roboter bauen nach dem Vorbild von Termiten ein Hochhaus. Foto: E. Grinnell, Harvard

Amerikanische Forscher haben Roboter nach dem Vorbild von Termiten programmiert – und sie auf diese Weise ohne einen Plan Bauwerke erstellen lassen, die mit höchst ambitionierten Wolkenkratzern vergleichbar sind.

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Größer könnten die Unterschiede beim Bau eines Wolkenkratzers kaum sein: Menschen benötigen für das höchste Wohngebäude der Welt einen detaillierten Plan. Der Burj Khalifa in Dubai ist mit 828 Metern knapp 500-mal größer als ein Mitteleuropäer. Die weniger als einen Zentimeter messenden Termiten dagegen errichten – im Vergleich mit ihrer Körpergröße – ähnlich hohe Wohntürme ganz ohne Masterplan. Wie die Insekten das mit eher geringen Geisteskapazitäten schaffen, schildern Justin Werfel von der Harvard University und seine Kollegen jetzt mit Hilfe von drei kleinen Robotern in der Fachzeitschrift „Science“.

Ganze 17,5 Zentimeter lang und elf Zentimeter breit ist jeder dieser Roboter. Mit einem Greifarm können sie sich jene quadratische Bausteine mit 21,5 Zentimeter Kantenlänge aufladen, die die Forscher für ihren Versuch benutzten. Sie sind aus Kunststoff gefertigt und für einen besseren Halt mit Magneten versehen.

Die Roboter sind einfacher strukturiert als Termiten

Die Roboter selbst bewegen sich mit vier sogenannten Whegs vorwärts, von denen jedes eine Mischung aus einem Rad (englisch: wheel) und drei Beinen (legs) ist. Die drei sichelförmig gerundeten Beine lassen die Automaten wie ein Spielzeugauto auf einer ebenen Fläche vorwärts und rückwärts rollen, sie können aber auch auf der Stelle drehen. Die Whegs eignen sich aber auch gut für Stufen, die genau einen Backstein hoch sind. Mit seinen sieben Infrarot-Sensoren erkennt der Roboter schwarz-weiße Muster auf den Steinen und auf dem Boden, an denen er sich orientiert. Ähnlich einem Abstandswarner im Auto funktionieren fünf Ultraschall-Sonar-Einheiten, mit denen die Apparate prüfen, ob der Weg frei ist. Andernfalls schätzen die Roboter damit die Entfernung zum Hindernis.

„Damit sind die Roboter einfacher als ein Arbeiter eines Termitenvolkes strukturiert“, meint Judith Korb von der Universität Freiburg. Die Biologin ergänzt in der Zeitschrift „Science“ die Arbeit ihrer US-amerikanischen Kollegen mit Aspekten aus der Zoologie und der Evolutionstheorie.

Sie beginnen von selbst zu arbeiten

Gibt man den kleinen Robotern nun einfache Anleitungen, beginnen sie eifrig zu bauen. Erhalten sie etwa die Instruktion, „lege deinen Stein möglichst hoch oben auf eine schon gebaute Struktur oder, wenn es nicht anders geht, direkt neben diese Struktur“, entsteht normalerweise eine Art Turm.

Da die Roboter ihre Steine immer nur auf der Ebene ablegen können, auf der sie selbst gerade stehen, brauchen sie mindesten zwei Bausteine auf gleicher Höhe, um noch einen Stein draufsetzen zu können. Diese Einschränkung bedeutet auch, dass Stufen aus jeweils einem einzigen Stein nicht zugebaut werden können – Treppen bleiben also erhalten.

Ganz unten kann natürlich ein Stein angesetzt werden und der nächste Roboter kann auf nun zwei nebeneinanderliegenden Steinen wieder einen aufsetzen. Das geht immer so weiter, bis jede Treppenstufe von unten nach oben um einen Stein weiter gerückt ist und so der ganze Turm sich um eine Steinreihe verbreitert hat. Oben liegen zwei Steine nebeneinander und schon kann eine neue Etage aufgesetzt werden. Danach beginnt das Ganze von vorn – und das ohne Bauplan eines Star-Architekten. Es gibt keine Bauleitung, sondern nur dezentrale Strukturen, in denen ein paar einfache Regeln beachtet werden.

Der bessere Turm sichert mehr Nachkommen

Die drei Wolkenkratzer-bauenden Roboter der Harvard University erhalten diese Spielregeln von einem Computerprogramm. Die Insekten, die als Vorbild dienten, werden von der Natur instruiert: „Sind die Termitenhügel eines Volkes besser als ihre Nachbarn an ihre Umwelt angepasst, überleben mehr Nachkommen, die mit der Zeit die im Erbgut festgelegten Regeln weiter verbreiten“, erklärt Judith Korb. Zufällige Mutationen schaffen ein wenig veränderte Regeln, die dann in der Praxis getestet werden. Sind sie schlechter, werden diese Termiten langsam verschwinden. Bessere Regeln setzen sich dagegen mit der Zeit durch. Im Laufe der Jahrmillionen lernen die Termiten so, immer bessere Türme zu bauen. Manche haben sogar eine natürliche Klimaanlage eingebaut.

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