Lasst die Maschinen machen

Wie intelligent ist die Künstliche Intelligenz?

Bei einer Auseinandersetzung mit Knüppel, Messer oder Schwert stehen sich die Kämpfer direkt gegenüber. Das Werfen von Steinen, der Gebrauch von Pfeil und Bogen, das Schießen mit Pistolen, Gewehren oder Kanonen kann die Distanz zwischen ihnen ständig weiter vergrößern. Doch diese Geschosse sind passiv: Einmal auf den Weg gebracht folgen sie ihrer Bahn nach den physikalischen Gesetzen. Erst eigene Antriebe von Fahrzeugen, Raketen oder Torpedos erlauben auch noch Korrekturen auf der Bahn. Dazu sind neben den Antrieben auch Sensoren und Steuerungselemente notwendig. Eine primitive Steuerung kann schon auf recht einfache Weise umgesetzt werden.

Die "kybernetische Schildkröte" benötigt nur zwei lichtempfindliche Sensoren und zwei getrennt angetriebene Räder. Die Sensoren sind über Kreuz mit den Antrieben verbunden: Bekommt der linke Sensor mehr Licht, fährt das rechte Rad schneller, und die Schildkröte fährt nach links. Befindet sich der rechte Sensor näher am Licht, so fährt sie entsprechend nach rechts. Insgesamt bewegt sie sich also immer auf das Licht zu. Bewegt sich das Licht, so folgt sie ihm. Nach dem gleichen Prinzip und unter Verwendung geeigneter Sensoren kann die Bahn eines Flugkörpers auf ein zu verfolgendes Objekt ausgerichtet werden. Entsprechende Waffen verfügen damit über eine - wenn auch sehr primitive - eigene Intelligenz. Voraussetzung für ihren Erfolg ist nur eine geeignete Kopplung von Sensoren und Antrieben. Die Natur kennt viele Beispiele für Lebewesen, die auf ähnlich einfache Weise sehr komplexes Verhalten zeigen.[1]

Die Entwicklung von Antrieben, Sensoren und Steuerungselementen hat es inzwischen möglich gemacht, wesentlich intelligentere Maschinen zu entwickeln. Es sind gezielte Operationen über weite Distanzen möglich, die früher einen Menschen vor Ort oder zumindest in seiner Nähe erfordert hätten für Erkundung, Manipulation oder Zerstörung. Unterschiedliche Kampfeinheiten können dabei mit Hilfe moderner Kommunikationsmittel über große Entfernungen vernetzt agieren. Die entsprechenden militärischen Entwicklungen laufen in vielen Ländern, und die Verantwortlichen versprechen viel: Roboter sollen den Menschen weitgehend ersetzen, um die "dummen, dreckigen und gefährlichen" (dull, dirty, dangerous) Aufgaben zu übernehmen. Dabei kann die Maschine aus sicherer Entfernung gelenkt werden oder aber völlig autonom vor Ort entscheiden. Versprochen wird höchste Präzision, Vermeidung menschlicher Schwächen und Fehler und sogar striktes Beachten aller ethischen Normen der Kriegsführung wie den Genfer Konventionen. Die Frage ist, ob die Distanz eines Kämpfers vom Ort des Geschehens nicht eher auch zu einer Entfernung von der Verantwortung führt.

Ein unbemannt fahrender Wiesel-2-Panzer bei der Roboterleistungsschau Elrob (European Land-robot Trial) 2008, Bild: Hans-Arthur Marsiske

In diesem Beitrag soll es allerdings weniger um die Konsequenzen solcher Entwicklungen gehen, sondern mehr um ihre technischen Hintergründe und Möglichkeiten. Dabei beziehen wir uns nicht nur auf die militärischen Aspekte, sondern erläutern Techniken auch an zivilen Beispielen, da diese besser zugänglich sind. Die technischen Möglichkeiten und Entwicklungen sind im zivilen und militärischen Bereich ähnlich. Das bedeutet auch ein Dilemma für diejenigen Forscher, die sich der friedlichen Nutzung verpflichtet fühlen. Zur Illustration werden Verweise auf öffentlich zugängliche Videos und Webseiten (Stand Oktober 2011) angegeben zusammen mit Begriffen, unter denen der Leser auch selbst im Netz nach weiteren Informationen suchen kann. Behandelt werden insbesondere die Aspekte der Bewegung, der Wahrnehmung und der Steuerung intelligenter Maschinen.

Bewegung auf der Erde, im Wasser und in der Luft

Unterschieden werden unbemannte Geräte für Luft, Erde und Wasser (unmanned air/ground/surface/underwater vehicle - UAV, UGV, USV, UUV). Die Fortbewegung in der freien Luft und im freien Wasser ist vergleichsweise einfach, solange sich die Bedingungen nicht grundsätzlich ändern, so dass eine direkte Bewegung zum Ziel möglich ist. Raketen und Torpedos existieren deshalb schon längere Zeit. Ihre Steuerung zum Ziel ist zwar nicht allzu schwierig, aber im Einzelnen auch nicht unproblematisch. Notwendig ist die Kompensation von Störungen, zum Beispiel Strömungen oder Wind. Sind dagegen Hindernisse zu berücksichtigen, müssen geeignete Manöver möglich sein, und es werden höhere Anforderungen an die Wahrnehmung und Steuerung gestellt. Da der Mensch für die Steuerung nicht an Bord sein muss, können auch sehr kleine Maschinen auf den Weg gebracht werden. So gibt es sowohl insektenartige Flugmaschinen als auch große unbemannte Flugzeuge.

Das Team der TU Delft präsentiert bei der International Micro Aerial Vehicles Competition (IMAV) 2010 einen Flugroboter mit Schlagflügeln (flapping wings). Bild: Hans-Arthur Marsiske

Die Miniaturisierung eignet sich speziell wegen der beschränkten Reichweite für die Aufklärung im Nahbereich und für die Suche nach Verschütteten. Mangelhafte Ausstattung der einzelnen Maschinen kann durch gleichzeitige Aussendung ganzer Schwärme von Robotern kompensiert werden: Wie in einem Insektenstaat zählt der Erfolg des Systems als Ganzes und nicht der des Einzelnen. Erfolgreiches Verhalten entsteht ("emergiert") dabei aus der Interaktion primitiver Individuen. Ein Beispiel soll das illustrieren:

Das Beispiel zeigt wichtige Elemente der Schwarmintelligenz: Die Ziele werden durch einfache, zusammenspielende Verhaltensweisen erreicht, das einzelne Individuum kennt das eigentliche Ziel nicht. Nicht alle Individuen müssen erfolgreich sein. Damit können unterschiedliche Möglichkeiten verfolgt werden, selbst wenn einige Individuen dabei verloren gehen.

Ein Quadrokopter von AirRobot bei der Elrob (European Land-robot Trial) im Jahr 2007. Bild: Hans-Arthur Marsiske

Die Fortbewegung auf dem Boden ist nicht nur anspruchsvoller als in der Luft oder im Wasser, sie ist auch vielfältiger. "Normale" Fahrzeuge benötigen geeignet befestigte Wege. Um den Kurs zu halten, sind eine gute Wahrnehmung und Steuerung erforderlich. Die DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) hat zwischen 2004 und 2007 in den USA insgesamt drei vielbeachtete Wettbewerbe veranstaltet, um den (damaligen) Stand der Technik autonomer Fahrzeuge zu testen.

Der Fortschritt in diesem Bereich ist enorm, und es werden inzwischen auch erfolgreich unbemannte Testfahrten im regulären Straßenverkehr unternommen. Die Wahrnehmung ist dabei das schwierigste Problem, wir gehen weiter unten in diesem Beitrag näher darauf ein.

Kettenfahrzeuge ermöglichen bis zu einem gewissen Grade Fahrten auch im unebenen Gelände. Darüber hinaus gibt es - meist kleinere - Maschinen mit entsprechend eingeschränktem Aktionsradius, die sich durch unwegsames Gelände rollen, schlängeln oder hangeln, sie können springen, kraulen, kriechen.

Blick ins Gehirn eines autonomen Fahrzeugs bei der Urban Challenge 2007 Bild: Hans-Arthur Marsiske

Gewisse Vorteile bieten auch Maschinen, die nach natürlichem Vorbild mit zwei oder mehr Beinen ausgestattet sind. Dem Menschen nachempfundene humanoide Roboter haben menschliche Gestalt und menschliche Maße. Ihr Vorteil ist, dass sie sich in den Umgebungen des Menschen mit Treppen, Türen, Schaltern, Wasserhähnen und so weiter bewegen können. Mit geeigneten Manipulatoren ausgerüstet, könnten sie entsprechende Handlungen wie Menschen ausführen. Bisher sind die erreichten Fähigkeiten aber noch sehr beschränkt, es fehlt an der Orientierung im Raum und am Empfindungsvermögen für Gegenstände und für den eigenen Körper. Bisher ist es auch noch nicht gelungen, ein einigermaßen robustes Laufen bei einem humanoiden Roboter zu realisieren.

Fällt selbst auf Glatteis nicht hin: Videoaufnahmen von BigDog. Bild: Boston Dynamics

Mit vier Beinen ist dagegen wesentlich mehr Stabilität und Robustheit auch in unwegsamem Gelände möglich, realisiert zum Beispiel als BigDog von Boston Dynamics.

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