Künstliche Intelligenz

09.10.2005

Kleinstroboter können sich nach Vorbild der DNA replizieren

Ein weiterer Schritt in Richtung Künstlicher Intelligenz (KI) gelang einer amerikanischen Forschergruppe. Sie entwickelte ein künstliches System von Bausteinen, das sich eigenständig kopieren und beim Prozess der Replikation Fehler erkennen und ausbessern kann.

Seit den 50er Jahren diskutieren Wissenschaftler die Möglichkeit, selbstreplizierende Roboter zu konstruieren. In den letzten Jahren berichteten Forscher immer wieder von Erfolgen, wie beispielsweise im Mai dieses Jahres die Forschergruppe um Hod Lipson von der Cornell University in Ithaca, New York (Roboterbabies). Wie im Magazin Nature (Band 437, Seite 636, 2005) beschrieben, haben nun die amerikanischen Forscher Saul Griffith, Dan Goldwater und Joseph M. Jacobson vom MIT Media Laboratory am Massachusetts Institute of Technology in Cambridge, USA kleine Roboter entwickelt, die ebenfalls in der Lage sind, sich selbst zu kopieren. Hier geht es um einen künstlichen Mechanismus, der sogar eigene Fehler erkennt und beheben kann.

Prinzip der Selbstreplikation (Bild: Jacobson)

Als Vorbild diente den drei Wissenschaftlern die DNA und ihre Fähigkeit, in der menschlichen Zelle nahezu unbegrenzt Kopien ihrer selbst herzustellen und Fehler zu korrigieren. Was für den Organismus gilt, könnte auch – so die Physiker – in der Technik möglich sein. So setzten sie folgende Idee in die Praxis um: Im Labor schwebten auf einem speziellen Luftkissentisch viele Bauklötze, durch Luftdüsen in der Tischplatte in ihrer Position gehalten. Die Schablone für den weiteren Prozess – eine vorgegebene Kette aus fünf Bauteilen – schwebte auch auf dem Tisch, mit fester Reihenfolge der Teile. Da die Einzelfragmente entweder nur gelb oder grün waren, gaben die Forscher hier zunächst eine beliebige Sequenz aus den zwei Farben vor.

In jedem Bauklotz verbarg sich ein elektronisches Gehäuse, über eine Minibatterie mit Energie versorgt und über eine Software gesteuert. Mit Hilfe dieser Kleinstanlage erkannte ein einzelner Baustein die Farbe eines Nachbarn, konnte überprüfen, ob beide zusammengehörten. War dies der Fall, dann rasteten sie über einen bestimmten Mechanismus ein, verbanden sich.

Ein Bauklotz (gelb) mit elektronischem Gehäuse (Bild: Jacobson)

Aus den umliegenden, zufällig angeordneten Bausteinen griff sich die Vorlage diejenigen heraus, die für den Bau eines Duplikats notwendig waren. Dabei ging sie nach dem Prinzip des organischen Vorbilds – der DNA – vor: Stein für Stein baute sie einen anliegenden neuen Strang auf. Nachdem dieser aus den definierten fünf Bauklötzen aufgebaut war, löste er sich wieder vom Mutterelement. Somit war nun eine genaue Kopie des Originals entstanden.

Wie die DNA erkennt das Modell Fehler und beseitigt sie

Wie sein natürliches Vorbild kann das vorgestellte Modell bei der Replikation Fehler erkennen und wieder wettmachen. Im Einzelnen: Verfügt ein neuer Baustein über eine andere Farbe als die vorbestimmte Sequenz erlaubt, hängt aber schon an der Kette, löst die Elektronik die Verbindung wieder. Damit dieser Mechanismus funktioniert, arbeitet er auf dem Prinzip eines so genannten Endlichen Automaten – einem über die Software gesteuerten Prozess mit sieben Übergängen.

Als Resultat zeigte sich, dass die entstehenden Ketten, die mit der Originalsequenz übereinstimmten, in fast beliebiger Anzahl wachsen konnten. Begrenzt wurde der Vorgang des ständigen Kopierens bloß durch die Menge aller bereitliegenden Bauklötze. Die Forscher sehen am Horizont schon den Silberstreifen, hoffen auf eine breite Anwendung. „Es ist möglich, dass die Bauteile, die wir hier beschrieben haben, letztendlich miniaturisiert werden können“, glaubt Joseph Jacobson.

So werde eines Tages ein Einsatz in der Mikrophysik oder in noch kleineren Maßstäben möglich. Damit liebäugeln die Physiker auf einen weiteren Fortschritt auf dem Gebiet der Künstlichen Intelligenz (KI), denken an komplexe System, die sich selbst reparieren und sogar eigenständig weitere, noch kompliziertere Strukturen erzeugen können.

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