Selbstreplizierende Roboter

MIT-Wissenschaftler demonstrieren einfache Selbstreplikation aus zufällig vorhandenen Bauteilen mit einem Korrekturmechanismus

Autonome Roboter, die sich selbst replizieren können (Bilder von den Anschlägen am 11.3. aus "geheimen" Ermittlungsakten, Roboterbabies) und damit außer Kontrolle in einen Prozess der evolutionären Entwicklung geraten, haben die Fantasie und die Ängste der Menschen (Angst vor der Zukunft) schon immer beeindruckt. Damit würde Leben in gewissem Sinne neu geschaffen und ließe sich das biologischen Leben 1.0 besser verstehen. Einen weiteren Schritt dahin scheinen nun Wissenschaftler vom MIT erreicht zu haben.

Wissenschaftler vom Center for Bits and Atoms stellen in der aktuellen Ausgabe vonNature kleine und primitive Roboter vor, die sich ähnlich wie biologische Systeme autonom aus vorgefundenen Bausteinen zusammen bauen können. Die Bausteine befinden sich in zufälliger Anordnung um eine elektromechanische Ausgangseinheit, die den selbstorganisierenden Prozess startet.

Ausgangssituation eines 5-Bit-Roboters in einer Suppe aus passenden Bauteilen

Die Wissenschaftler vergleichen ihre Roboter, die sich freilich nicht wirklich replizieren, sondern nur aus vorgefundenen Teilen ein bestimmtes System vervielfältigen, mit der DNA, die sich kopiert, indem sie zufällig in ihrer Umgebung befindliche Bauteile in Form von Nukleotiden aneinanderfügt und Fehler beim Kopieren korrigieren kann. Mit dieser doch sehr vereinfacht beschriebenen Konstruktionsweise könnten biologische Systeme zahllose genaue Kopien erzeugen. Bei den biologischen Systemen ist die Fehlerkorrektur abhängig von der Zahl der verfügbaren Bauteile. Je mehr vorhanden sind, desto geringer die Fehlerrate.

Der Roboter hat sich autonom kopiert

Um die biologische Replikation mit einem künstlichen System nachzuahmen, legten die Wissenschaftler eine Struktur aus fünf Teilen zugrunde, die in zweifacher Form: gelb und grün vorkommen. Diese programmierbaren elektromechanischen 5-Bit-Roboter sind so gebildet, dass jeweils auf einer Seite ein grünes und auf der anderen Seite ein gelbes Teil liegt und können so in unterschiedlichen Sequenzen vorkommen. Die Roboter schweben ebenso wie die einzelnen gelben und grünen Bauteile frei und in zufälliger zweidimensionaler Bewegung auf einer Fläche.

Zur Replikation eines Roboters, der beispielsweise die Sequenz grün, grün, gelb, gelb, grün hat (siehe Abbildungen), wird zufällig von diesem ein in Reichweite befindliches Bauteil angedockt und dann aufgrund eines Farbvergleichs bestimmt, ob die Position und die Sequenz korrekt ist. Ist sie dies nicht, wird der Bauteil wieder abgestoßen und eine neue Kombination mit einem anderen versucht. Dabei muss jeder Teil des Roboters nicht die Struktur des gesamten Systems zur korrekten Replikation "wissen", sondern entscheidet lokal als endlicher Automat (finite state machine) mit sieben Zuständen. Die Aneinanderfügung beginnt erst, wenn ein 5-Bit-Roboter anwesend ist, die einzelnen Teile fügen sich nicht zusammen.

Es entsteht eine zweite Kopie

Die Wissenschaftler sehen ihre sich replizierenden Roboter als eine Stufe auf dem Weg zur Massenfertigung von mikro-elektromechanischen Systemen im Nano-Bereich, die sich selbst ohne Intervention des Menschen oder von anderen Maschinen beliebig oft und mit einem Korrekturmechanismus als komplexe Systeme auf asynchrone Weise und auf der Basis von zahlreichen zufälligen Interaktionen von Komponenten reproduzieren können. Aber bis zur Selbstreplikation von komplexen Nano-Systemen, die gemäß Eric Drexlers "Engines of Creation" aus Zehn- oder Hunderttausenden von Teilen bestehen, ist es wohl noch ein langer Weg. (Florian Rötzer)

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