Krabbelnde Chaos-Kontrolle aus Göttingen
Der autonome Laufroboter AMOS krabbelt nach dem Vorbild von Insekten auf sechs Beinen und wechselt dabei je nach Situation flexibel die Gangart. So kann er sich befreien, wenn er in ein Loch getreten ist oder lernt, Steigungen in einer energiesparenden Gangart zu erklimmen. Dahinter steckt das Prinzip der “Chaos-Kontrolle”. Im Interview mit silcion.de erklärt Professor Marc Timme, vom Göttinger Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation, wie das kontrollierte Chaos den Roboter in Gang hält.
silicon.de: Sie haben gerade das Prinzip der “Chaos-Kontrolle” angesprochen – können Sie das bitte näher erklären?
Professor Timme: Chaos ist eine Bezeichnung für irreguläre, instabile Dynamik. Stellen Sie sich ein Signal vor, dass irregulär ist und in unvorhersehbarer Weise zeitlich variiert. Unter Chaos-Kontrolle versteht man nun das Anwenden von kleinen Kontroll-Signalen (“Kräften”), die dafür sorgen, dass vorhandene instabile Dynamik stabilisiert wird, so dass das Signal regulär, zum Beispiel periodisch, und vorhersagbar wird.
In unserem Falle sind viele verschiedene Perioden “stabilisierbar”. Ein Signal der Periode 2 zum Beispiel wechselt zwischen zwei möglichen Signalwerten hin und her. Bei Periode 3 wären es drei Werte, die in der gleichen Reihenfolge wiederholt würden. Periode 1 entspricht dem einfachst denkbaren Signal: immer wiederkehrend derselbe Wert.
Die Stabilisierung funktioniert so ähnlich wie beim Rad fahren. Hier gibt es die einfache “reguläre” Lösung des Geradeausfahrens. Das System Fahrrad ist aber so beschaffen, dass es bei langsamen Geschwindigkeiten zum Beispiel nach rechts umkippt, wenn es leicht auf diese Seite ausgelenkt ist. Man kann hier durch sehr leichtes Gegenlenken eine Kontrollkraft ausüben und das Rad wieder (fast) auf das Geradeausfahren “kontrollieren”. Ist die anfängliche Auslenkung klein, so ist auch die benötigte Kraft klein.
Wenn man Kindern zusieht, wie sie Rad fahren lernen, kann man beobachten, dass bei großen Auslenkungen auch große Kräfte zum Stabilisieren notwendig sind – am Anfang ist dies oft schwierig und man kann erst dann wirklich Rad fahren, wenn man die Auslenkung und damit die nötigen Kontrollkräfte klein hält.
Bei unserer Chaos-Kontrolle im CPG ist dies genauso. Es gibt mehrere reguläre, periodische Aktivitäten, die aber instabil sind; durch kleine Kräfte lassen sie sich stabilisieren und aus dem chaotischen Signal entsteht ein periodisches.
Tritt AMOS in ein Loch, kann er sich selbst befreien
Foto: Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation.
