Inhaltsverzeichnis

I.  Einleitung  3

II.  Die Braitenbergschen Fahrzeuge  4

1.  Der hierarchisch-planende und der reaktive Ansatz  4

2.  Biographie Valentin Braitenbergs  5

3.  Braitenbergs Wesen  5

3.1  Wesen 1: Streunen  5

3.2  Wesen 2: Furcht und Aggression  6

3.3  Wesen 3: Liebe  7

3.4  Zusammenfassung der Wesen 1 bis 3: Multisensorische Vehikel  8

3.5  Wesen 4: Wertung und Geschmack  10

3.6  Das „Gesetz der leichten Synthese und der mühevollen Analyse“  11

3.7  Wesen 5: Logik  11

3.8  Wesen 6: Selektion, der unpersönliche Ingenieur  12

3.9  Wesen 7: Begriffe  13

3.10  Wesen 8: Raum, Dinge, Bewegung  14

3.11  Wesen 9: Gestalt  15

3.12  Wesen 10: Ideen haben  16

3.13  Wesen 11: Gesetze und Regelmäßigkeiten  17

3.14  Wesen 12: Verkettung von Gedanken  18

3.15  Wesen 13: Vorhersage  19

3.16  Wesen 14: Egoismus und Optimismus  20

4.  Der RoboCup  21

4.1  Vorstellung des RoboCups  21

4.2  Die Geschichte des RoboCups  21

4.3  Das Reglement  22

4.4  Der Grundaufbau eines Roboterfußballers  22

4.5  Ziel des RoboCups  23

III.  Quellenverzeichnis  24

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I. Einleitung

„Mein Rechner spinnt mal wieder!“ - „Die Karre will nicht anspringen!“ Aussagen wie diese kennt und verwendet fast jeder Mensch. Oftmals schreiben wir technischen Geräten menschliches Verhalten zu. Selbst bei Maschinen äußerst einfacher Bauart neigen wir dazu, ihr Können mit psychologischen Begriffen zu beschreiben. Mit diesem Phänomen beschäftigt sich der Hirnforscher Prof. Dr. Valentin Braitenberg. In seinem dieser Hausarbeit zu Grunde liegenden Buch „Vehikel - Experimente mit künstlichen Wesen“ konstruiert der Forscher nacheinander 14 verschiedene roboterähnliche Fahrzeuge. Jede Generation baut auf ihrem Vorgängerwesen auf, wird jedoch schrittweise immer mehr verbessert, verfeinert und komplexer. Braitenberg entwickelt seine Vehikel hin zu „denkenden“ Wesen. Der Fortschritt der Fahrzeuge von Generation zu Generation erweist sich als interessant und oftmals verblüffend. Daher soll in dieser Arbeit auf keinen Typ verzichtet werden; vielmehr sollen alle 14 Wesen vorgestellt werden. Schwerpunkt bilden dabei die wesentlichen Neuerungen im Vergleich zum jeweiligen Vorgängerwesen sowie die sich daraus ergebenden neuen Eigenschaften. Es ist faszinierend, zu welchen Verhaltensweisen die mit einfachen technischen Mitteln konstruierten Fahrzeuge in der Lage sind. Vor der Vorstellung der einzelnen Wesen werden zunächst grundlegende Begriffe geklärt sowie die bedeutenden Ansätze aus der Roboterarchitektur erläutert. Im Anschluss an die „Evolution“ der Vehikel wird ein Anwendungsgebiet dieser Art von Robotern vorgestellt. An Hand des „RoboCup“ wird verdeutlicht, wozu die künstlichen Wesen heutzutage konkret in der Lage sind, wie sich die Forschungsarbeit und der Austausch unter den Wissenschaftlern gestalten kann und wie ein konkretes Ziel der Roboterentwicklung aussieht.

Die folgende Arbeit basiert zu großen Teilen auf Braitenbergs Werk „Vehikel - Experimente mit künstlichen Wesen“. Zitate ohne nähere Buchbezeichnung beziehen sich auf diese Publikation. Abbildungen ohne Seitenangabe in Braitenbergs Werk wurden vom Verfasser dieser Arbeit selbst erstellt.

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II. Die Braitenbergschen Fahrzeuge

1. Der hierarchisch-planende und der reaktive Ansatz

Die Bezeichnung „Roboter“ leitet sich vom slawischen Wort „robota“ ab, was man mit „Arbeit“ übersetzen könnte. Unter Robotern versteht man „bewegl. Automaten, die Lebewesen nachgebildet sind und deren Funktion zumindest teilweise ausführen können.“ 1

In der Forschung sind zwei große gegensätzliche Roboter-Architekturen bekannt: Der hierarchisch-planende sowie der reaktive Ansatz. Ersterer stellt den älteren der beiden dar. Er wurde von der klassischen KI seit dem Ende der 60er-Jahre vertreten. Hierbei werden - auf der Basis der „closed world assumption“ ² - zu bewältigende Aufgaben analysiert und anschließend in kleine, einzeln bearbeitbare Teilaufgaben zerlegt. Die Verarbeitungsschritte lassen sich in „sense“, „plan“ und schließlich in „act“ gliedern.

Dieser Ansatz hatte in den folgenden Jahren jedoch nur geringe Erfolge zu verzeichnen. Daher kam die Wissenschaft in den 80er-Jahren auf die Idee, Reiz und Reaktion direkt miteinander zu verknüpfen. Dieses Phänomen ist in der Biologie von den Reflexen bekannt und wird deshalb als „reaktiv“ bezeichnet. Reaktive Roboter weisen einige Vorteile gegenüber ihren hierarchisch-planenden Kollegen auf. Als Beispiele seien die Möglichkeiten der Arbeit in Echtzeit sowie der schnellen Reaktion auf Änderungen in der Umwelt genannt. Ferner erweist sich eine vollständige Beschreibung der Welt als überflüssig und die Roboter können kleiner und somit kostengünstiger konstruiert werden.

Beide Ansätze zusammen findet man in den „Hybridarchitekturen“, dem im Moment am weitesten verbreiteten Ansatz. Hierbei wird meistens ein planender Überbau auf eine reaktive Basis gesetzt. Einen prominenten Hybrid-Roboter stellt der Mars-Rover „Sojourner“ dar.

Braitenberg kann man als einen der ersten Vertreter des reaktiven Ansatzes bezeichnen. Die von ihm entwickelten Wesen sind reaktive Roboter, die mit Hilfe von Sensoren und Aktuatoren zu umweltorientiertem Handeln in der Lage sind.

¹ Der Brockhaus, S. 757.

² Unter diesem Begriff versteht man ein Weltmodell, das alle relevanten Aspekte beschreibt.

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2. Biographie Valentin Braitenbergs

Valentin Braitenberg wurde 1926 in Bozen geboren. Nach seinem Medizin- und Psychiatriestudium in Rom und Innsbruck habilitierte er sich in Rom. Seine Habilitationsschrift befasste sich mit der Informationstheorie sowie der Kybernetik. Braitenberg arbeitete ein Jahrzehnt als Lehrbeauftragter für Theoretische Physik an der Universität in Neapel. Von 1968 bis 1994 hatte er die Stelle des Direktors am Max-Planck-Institut für biologische Kybernetik, Abteilung Neuroanatomie, in Tübingen inne. Heute lebt Prof. Dr. Valentin Braitenberg in Tübingen, Meran und Neapel. Neben seiner Tätigkeit als Emeritus in Tübingen arbeitet er noch am Laboratorio di Scienze Cognitive der Universität Trient.

3. Braitenbergs Wesen 3.1 Wesen 1: Streunen

Wesen 1 erweist sich in seiner Konstruktion als sehr einfach. Es besteht aus einem Motor, der mit einem Sensor verbunden ist. Dieser kann nur auf eine bestimmte Reizart reagieren. Als Beispiele seien die Lichtintension, die Temperatur oder die in der Luft vorhandene Sauerstoffkonzentration genannt. Die Motorleistung verhält sich direkt proportional zur Reizintensität. Je stärker also der Reiz auf den Sensor einwirkt, umso schneller bewegt sich das Wesen fort.

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Nimmt das Wesen einen Reiz wahr, so setzt es sich in Bewegung. Je näher es dabei an die Reizquelle gelangt, umso intensiver wirkt der Reiz auf den Sensor ein und umso schneller fährt das Wesen auf den Reiz zu. Die größte Geschwindigkeit erreicht es dabei an dem der Reizquelle nahesten Punkt. Nach dem Passieren der Quelle verlangsamt das Wesen seine Fahrt, da nun die Intensität des Reizes wieder abnimmt. Sobald sich die Reibungskraft als größer oder gleich der Motorleistung erweist, kommt das Wesen zum Stehen. Es setzt sich erst wieder in Bewegung, wenn sich eine weitere Reizquelle nähert, auf die der Sensor anspricht. Für einen Beobachter entsteht der Eindruck, das Vehikel würde leben. Der Grund hierfür liegt in der Bewegung, die je nach Ort schneller oder langsamer erfolgt. Beim

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Betrachter erweckt das Wesen den Anschein, es bevorzuge manche Orte und verweile an diesen Stellen, meide aber andere Plätze und flüchtet rasch von diesen.

3.2 Wesen 2: Furcht und Aggression

Wesen 2 stellt sozusagen die Luxusvariante von Wesen 1 dar, verfügt es doch über zwei Motoren sowie zwei Sensoren. Die Motorleistung verhält sich wie in der vorangegangenen Generation direkt proportional zur Erregung der Sensoren. Für die Verbindung der Sensoren zu den Motoren ergeben sich drei Möglichkeiten: Verbindet man jeden Sensor mit jedem Motor, so ändert das Wesen im Vergleich zu seinem Vorgänger sein Verhalten nicht. Bei den beiden anderen Varianten treten jedoch Unterschiede zu Wesen 1 auf: Verbindet man jeden Sensor mit dem Motor derselben Seite, so wird das Vehikel auf die Reizquelle auffahren, falls sich diese direkt vor ihm befindet und das Wesen nicht von seinem Kurs abgelenkt wird. Liegt der Reiz hingegen seitlich zum Wesen, so wird es sich von diesem abwenden. Der Grund hierfür liegt in der stärkeren Erregung des Sensors, der sich näher an der Reizquelle befindet. Der dazugehörende Motor arbeitet stärker als sein Partner, das Wesen dreht ab. Hat es sich so weit gedreht, dass es mit seinem Hinterteil zur Reizquelle zeigt, fährt es geradeaus von der Reizquelle weg, da nun beide Sensoren wieder gleichmäßig stimuliert werden. Das Vehikel wird seine Geschwindigkeit dabei verringern, da die Reizintensität stetig abnimmt. Es kommt schließlich zum Stillstand, sofern keine neuen Reize auf seine Sensoren einwirken.

Ist dagegen jeder Sensor mit dem Motor der Gegenseite verbunden, so nimmt das Wesen - immer schneller werdend - direkten Kurs auf die Reizquelle und fährt schließlich auf sie auf. Im Augenblick des Zusammenstoßes hat es seine Maximalgeschwindigkeit erreicht. Dieses Verhalten lässt sich ebenfalls mit der ungleichen Reizintensität an den Sensoren und der damit verbundenen unterschiedlichen Motor- leistung erklären.