Walmarts „Gläserne Bienen“. Über Drohnen-Schwärme und Künstliche Nicht-Intelligenz

Die Forschung zur Künstlichen Intelligenz (KI) geht neue Wege: Statt grosse, komplexe Roboter zu bauen, entwirft sie jetzt Schwärme von Mini-Drohnen. Diese sollen dereinst die Bienen ersetzen, um Nutzpflanzen zu bestäuben. Oder für militärische Anwendungen bereit stehen.



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Pünktlich zur ersten Frühjahrsblüte 2018 und inmitten besorgter Meldungen über ein sich quer durch Europa ziehendes Insektensterben machte die US-amerikanische Supermarktkette Walmart Schlagzeilen. Es ging um ein frisch eingereichtes Patent mit dem Titel Systems and Methods for Pollinating Crops via Unmanned Vehicles, das den „Gläsernen Bienen“ des Ingenieurs Zapparoni in Ernst Jüngers Erzählung zur Ehre gereicht: Walmart sicherte sich Rechte für die Entwicklung künstlicher Bienen in Form von Mikro-Drohnen – ein potenzieller Ersatz für die durch Intensivlandwirtschaft bedrängte natürliche Bestäubungsfauna.

Künstliche Bienen

Diese „Bienen“ sollen in einiger Zukunft – mit entsprechenden Sensoren ausgestattet – Blüten ansteuern, Pollen selbstständig erkennen, und mittels akustischer Signale mit anderen Robobees kommunizieren. Damit würden sie nicht nur die Bestäubungsfunktion von Bienen übernehmen, sondern zugleich das Wachstum der Pflanzen überwachen oder sich gegebenenfalls um Schädlingsbefall kümmern können.

Ähnliche Ziele verfolgen Forscher an der TU Delft mit einer Mini-Drohne namens DelFly, die in nicht allzu ferner Zukunft in den Gewächshäusern der niederländischen Agrarindustrie zum Einsatz kommen soll. Genau wie in Jüngers Fiktion stehen „Vereinfachungen, Abkürzungen und Normungen“ im Vordergrund, welche die künstlichen Bienen ihren biologischen Pendants schließlich gar überlegen machen sollen. Während derartige Vorhaben angesichts des beunruhigenden ökologischen Kontexts eher ablehnende Reaktionen auslösen, verarbeitete der britische Guardian nur einige Wochen später eine Pressemeldung der NASA recht süffisant zu einem fiktiven Dialog. Es ging um ein von der Raumfahrtbehörde gefördertes Schwarm-Robotik-Projekt namens Marsbees:

Marsbees. It sounds like a new chain of mid-priced family restaurants. – It is not. – What, then? – They are robotic bees with giant wings, wireless comms and sensors that can be sent to explore Mars. – I think I’ve seen this movie. It did not end well. – No, these are being developed by Nasa and Japanese scientists. – Again, I have seen this movie. It does not end well. […] Whose idea were these […] bees anyway?  – They were one of 25 proposals shortlisted from 230 submitted to Nasa’s Innovative Advanced Concepts programme, which receives $125,000 each and nine months to make them ready for phase II.

Robobee, DelFly und Marsbees sind nur drei unter einer Vielzahl weiterer Projekte, die sich gegenwärtig – und mit teils durchaus respektablen Ergebnissen – mit dem Thema Collective Robotics und Unmanned Aerial Systems (UAS) auseinandersetzen. Denn Roboter- oder Drohnenschwärme versprechen eine Reihe von Vorteilen, speziell wenn es um die Erkundung von und die Orientierung in noch unbekanntem Terrain geht: Schwärme sind imstande, viel größere Bereiche in wesentlich kürzerer Zeit zu erkunden als einzelne Roboter: Anstatt viele technische Elemente auf einer Drohne oder in einem Flugzeug zu konzentrieren, können theoretisch z.B. verschiedene technische Abtastverfahren auf die Mitglieder eines Schwarms verteilt, parallel durchgeführt, und die individuell generierten Daten später zu einem Gesamt-„Bild“ eines zu untersuchenden Gebiets zusammengefügt werden.

Im Unterschied zu kompliziert aufgebauten Single-Platform-Systemen gewinnen solche künstlichen Schwärme ihre Fähigkeiten dabei aus dem Zusammenspiel vieler relativ einfach konstruierter, aber hochgradig miteinander vernetzter Mini-Roboter. Die rapide Transmission lokaler Informationen unter nächsten Nachbarn führt zu emergenten Koordinationsfähigkeiten auf kollektiver Ebene. Dies resultiert – zumindest in der Theorie – in größerer Robustheit, Flexibilität und Verlässlichkeit: Fallen einzelne Drohnen des Schwarms aus, bleibt das Kollektiv erstens im Unterschied zu einem Einzelroboter funktionsfähig.

Zweitens kann sich der Schwarm selbstständig auf Umwelteinflüsse einstellen und flexibel reagieren: Dies funktioniert ohne Vorwissen über diese Umwelt und allein auf Basis der Weiterleitung und der Orientierung an lokalen Informationen zwischen nächsten Nachbarn. Und drittens sind sie skalierbar, d.h. dem Kollektiv können auch nachträglich noch zusätzliche Mitglieder hinzugefügt werden. Zwei Robotiker brachten es einmal folgendermaßen auf den Punkt: „[U]sing swarms is the same as ‘getting a bunch of small cheap dumb things to do the same job as an expensive smart thing’.“

Das Medien-Werden von Schwärmen

Schwarmintelligenz (SI) wurde vor einigen Jahren noch vornehmlich im Kontext von Computersimulationen diskutiert – als Nutzung biologischer Selbstorganisationsfähigkeiten für komplexe Regelungsfragen und intransparente Probleme: von der Logistik bis zur Finanzmarktsimulation, oder von der Epidemiologie bis hin zur Panikforschung. SI beruht auf einer rekursiven Verschränkung von Prozessen der Biologisierung von Computertechnik auf der einen Seite und der Computerisierung biologischer Forschungen auf der anderen. Es wird dabei also mitnichten einfach Wissen aus der Biologie in andere Wissenschaften importiert, wie es populärwissenschaftliche Dokumentationen zum Thema oft nahelegen. Denn auch die Biologie konnte Schwärme erst hinreichend mit Hilfe von Simulationstools beschreiben, die an ganz anderen Orten und für ganz andere Zwecke entstanden – etwa in der Informatik oder im Animationsdesign. Kurz gesagt: Erst seitdem Schwärme – z.B. in Form von sogenannten Agentenbasierten Computersimulationen – zu Medien im Forschungsprozess geworden sind, wurden sie einerseits als biologische Forschungsobjekte fassbar und konnten andererseits als technische Objekte angewendet werden.

Mit der Entwicklung funktionsfähiger Roboterschwärme verbinden sich diese epistemologisch-technischen Verhandlungen von Schwarmintelligenz nun auf eine neue Weise. Während Roboterschwärme in genanntem Guardian-Beitrag als etwas absurde Science-Fiction-Idee ironisiert werden, zeigt ihre Geschichte, dass Marsbees und ähnliche Projekte tatsächlich auf ganz besondere Art ‚science facts‘ mit ‚science fiction‘ koppeln.

Fast, Cheap, and out of Control

Ende der 1980er Jahre suchte der Robotiker Rodney Brooks am MIT nach alternativen Wegen, um Maschinen ›intelligentes Verhalten‹ beizubringen. Frustriert von den symbolverarbeitenden Ansätzen der GOFAI (Good Old-Fashioned Artificial Intelligence) war er der Ansicht, dass Roboter nur im Austausch mit den wechselhaften Verhältnissen ihrer Umwelt zur Entwicklung intelligenten Verhaltens befähigt werden konnten. Das Schlagwort lautete Embeddedness, und das Konstruktionsprinzip war Bottom-up: Kleine, einfach konstruierte Roboter sollten jeweils nur jene mittels Sensoren aus der Umwelt aufgenommenen Informationen verarbeiten, die sie zur Erfüllung bestimmter Aufgaben benötigten. Dies stellte ein diametrales Gegenmodell dar zu Ansätzen, die eine Konstruktion komplizierter Roboter mit komplexen künstlichen Gehirnen anstrebten. Selbst mit ausgefeilten, vorprogrammierten mentalen Repräsentationen bewegten sich diese nämlich mehr schlecht als recht in der Welt.

Brooks hingegen malte die Zukunft seiner Systeme in leuchtenden Farben. Und gemeinsam mit seiner Mitarbeiterin Anita M. Flynn imaginierte er im Jahr 1989 ausgerechnet Marsbees-artige planetare Erkundungsmissionen als Beispiel für künftige Anwendungen:

Complex systems and complex missions take years of planning and force launches to become incredibly expensive. The longer the planning and the more expensive the mission, the more catastrophic if it fails. The solution has always been to plan better, add redundancy, test thoroughly and use high quality components. Based on our experience […] we argue here for cheap, fast missions using large numbers of mass produced simple autonomous robots that are small by today’s standards […]. Lastly, we suggest that within a few years it will be possible at modest cost to invade a planet with millions of tiny robots.

Marsbees „avant la lettre“: Hier finden sich bereits alle Ingredienzien versammelt, die derzeit in den Entwicklungsberichten von UAS wieder auftauchen. Mit einem gravierenden Unterschied: Heute werden erste künstliche Schwärme tatsächlich gebaut und getestet. Selbst wenn man hinzufügen muss, dass etwa die Bestäubungfähigkeiten der Robobees noch sehr rudimentär sind und bisher nur bei Blumenarten wie der japanischen Lilie funktionierten – sie ist bekannt für ihre extrem ausladenden Blüten.

Verkehrte Evolution: Umwelt-Werden

Angeblich wehrte sich der polnische Schriftsteller Stanisław Lem zeitlebens gegen die Bezeichnung ›Science-Fiction-Autor‹ – ›Visionär‹ ist aber auch viel treffender. Lem widmete sich wiederholt der Kritik und dem Umdenken von Logiken des technischen Fortschritts. In seinem satirischen Essay Waffensysteme des 21. Jahrhunderts, oder Die verkehrte Evolution etwa lässt er dessen Erzähler retrospektiv den Prozess einer Abkehr von der komplexen, aber fehleranfälligen und leicht auszuschaltenden Waffentechnologie des 20. Jahrhunderts zugunsten einfacherer und kleinerer kooperativer Elemente rekapitulieren.

Lems Beschreibung einer technologischen „Involution“ hin zu Schwärmen von „Synsekten“ – so sein Akronym für „synthetische Insekten“ – reflektierte seine Ablehung von GOFAI-Methoden, und dies bereits einige Zeit bevor Rodney Brooks sein Labor am MIT bezog. Wenn für 97,8 Prozent der Aufgaben, die Menschen als physische wie geistige Arbeit leisteten, Intelligenz gar nicht notwendig sei, so schreibt Lem augenzwinkernd, frage man sich schon, warum so viel Aufwand für die (vergebliche) Entwicklung von Simulationen des menschlichen Gehirns getrieben würde. Denn was war für die Erledigung der meisten alltäglichen Aufgaben nötig? „Orientierungssinn, Routine, Geschicklichkeit, Gewandtheit und Erfindungsgabe. Alle diese Eigenschaften weisen die Insekten auf.“ Hätten sich „Generationen von Informatikern und Professoren der Computerwissenschaft“ nicht so hartnäckig darin verbissen, die Funktionen des menschlichen Gehirns auf digitale Technologien zu übertragen, hätten sie kaum übersehen, dass die Simulation künstlicher Instinkte viel leichter und realisierbarer ist als die einer KI. Eine Entwicklung, die in Lems Essay dann im 21. Jahrhundert nachgeholt wird, das zu einer Phase der „beschleunigten Mikrominiaturisierung unter dem Zeichen der künstlichen Nicht-Intelligenz wurde.“

Wie in vielen anderen seiner Erzählungen zeigt Lem auch hier ein außerordentliches Gespür für spätere technische Entwicklungen. So wird in der heutigen UAS-Forschung nicht nur ständig nach Analogien gesucht, mit denen man sich die physiologischen Anpassungen biologischer Vorbilder an dynamische Umweltprozesse für den Roboterbau zunutze machen kann: Im Sinne einer möglichst Energie-effizienten Flugweise orientiert sich das DelFly-Projekt z.B. am Flügelschlag von Fruchtfliegen, anstatt die üblichen Rotoren einzusetzen. Es geht zudem auch um die Erforschung von Strategien, wie derartige Roboter sich über lange Zeiträume hinweg autonom in der Umwelt aufhalten können, indem sie quasi eine techno-ökologische Nische besetzen. Das heißt, sie imitieren dabei das Verhalten von Tieren – wenn etwa Prototypen von Überwachungsdrohnen sich selbstständig hochgelegene Plätze suchen, von denen sie wie Raubvögel die Umgebung überblicken, ohne Batterieladung fürs In-der-Luft-Schweben aufwenden zu müssen. Oder indem eben Bienen-Drohnen (sic!) zur Bestäubung von Pflanzen eingesetzt werden.

Während in Lems Erzählung das Umwelt-Werden von Miniroboterschwärmen jedoch stets in Bezug auf militärische Mimikry-Funktionen verhandelt wird – etwa Spionage-Roboter, die sich als Staub oder Tropfen tarnen – arbeiten die Entwickler hinter Robobees an einer auch funktionalen Hybridisierung: Die künstlichen Bienen sollen dabei den Bestand genau jener hochintensiven Agrarindustrie sichern, deren Produktionsmethoden (mit-)ursächlich für das drohende Aussterben biologischer Arten sind. Und mehr noch: Sie fungieren als optimierendes Element einer ‚Natur‘, die mehr denn je nur noch als technisierte zu denken wäre. Genau wie in Jüngers Gläsernen Bienen würden die Automaten-Bienen die natürlichen als Maßstab für den Menschen überholen, denn die Steigerung ökonomischer Leistung verschöbe sich mit ihnen noch mehr in den Bereich der Maschinisierung. Dies gilt natürlich nur für den Fall, dass diese Bienen nicht als naive techno-utopische Eintags-Delfly enden. Denn dann könnte Albert Einstein mit seinem berühmten Ausspruch doch recht behalten: „Wenn die Biene einmal von der Erde verschwindet, hat der Mensch nur noch vier Jahre zu leben.“ So oder so: Die Zeit läuft.