Organic Computing

Organische Systeme operieren in einer bestimmten Umgebung und vollführen bestimmte Aufgaben ohne von einem vordefinierten Fehlermodell Gebrauch zu machen. Sie reagieren in einer instinktiven Art, indem sie unspezifizierte Methoden zur Lösungsfindung ausprobieren. Typischerweise lernen diese Systeme das Auftreten solcher Probleme und Fehler zu erkennen. Wenn eine solche Situation ein weiteres mal auftritt, kann das System auf ein bereits gelerntes Verhalten zurückgreifen. Im Organic Computing Projekt sollen solche Prinzipien zu Computersystemen transferiert werden.

Die Software Architektur ORCA (Organic Robotic Control Architecture) wird am Institut für Technische Informatik an der Uni Lübeck entwickelt. Die Software Architektur stellt die Basis für die einfache und verlässliche Programmierung unseres Roboters OSCAR zur Verfügung. Die Architektur wird Möglichkeiten bereitstellen um allgemein entwickelte Verhalten mit organischen Komponenten zu kombinieren. Ziel ist es, Störungen und Fehler transparent zu erkennen. Die organischen Komponenten sollten Fehlersituationen erkennen und Gegenmaßnahmen starten können, ohne ein vordefiniertes Fehlermodell zu verwenden. Das normale Verhalten sollte beobachtet werden und Variationen dabei erkannt werden. Der Roboter sollte genauso fähig sein auf Veränderungen seiner Umgebung zu reagieren, wie auf Veränderungen seines eigenen „Körpers“.

OSCAR ist ein 6-beiniger Laufroboter, der im Rahmen des DFG Schwerpunktprogramms "Organic Computing" im Project entstanden ist. OSCAR ist ein Demonstrator für die Organic Robot Control Architecture ORCA. Er realisiert einige der sogenannten Self-X Eigenschaften, zum Beispiel:

• Selbst-Organisation
• Selbst-Heilung
• Selbst-Optimierung

OSCAR verfolgt einen organisch inspirierten, dezentralen Ansatz für die Steuerung des Laufens. Jedes Bein des Roboters verfolgt hierbei einfache Rege

1. Bewege dich in einem Bogen nach vorne (Schwingphase) und auf dem Boden zurück (Stemmphase) um den Roboter nach vorne zu bewegen.
2. Tue dies nur, wenn die benachbarten Beine Bodenkontakt haben.

Durch diese einfachen Regeln entsteht ein komplexes Laufverhalten. Wir nennen dieses Phänomen Emergenz.

Im Rahmen des ORCA Projekts wurden unter anderem Methoden entwickeln um Anomalien, also gravierende Änderungen in der Umgebung des Roboters oder im Roboter selbst, z.B. der Ausfall eines Servomotors, zu erkennen und zu klassifizieren. Reflexe, Active Compliance und Beinamputation sind nur einige der Methoden, die entwickelt wurden, um auf Anomalien zu reagieren.

Bei Reflexen wird auf eine Störung mit einer bestimmten Bewegung reagiert. Trifft ein Bein auf ein Hindernis, wird es etwa versuchen durch weiteres Anheben das Hindernis zu überbrücken.

Bei Active Compliance wird auf äußere Einflüsse durch "Nachgeben" reagiert. So wird OSCAR beispielsweise automatisch zurückweichen, wenn er gedrückt wird und vorwärts laufen, wenn er gezogen wird.

Schlimmstenfalls ist ein Bein nicht mehr einsatzfähig. Die neueste Version des Robotors, OSCAR X, hat die Möglichkeit in diesem Fall ein Bein zu "amputieren", also abzuwerfen. Durch den dezentralen Ansatz in der Robotersteuerung kann OSCAR seinen Weg nun ohne weitere Anpassungen ungehindert fortsetzen.

Prof. Dr.-Ing. Werner Brockmann, Universität Osnabrück

Dr. Karl-Erwin Großpietsch, Fraunhofer - AIS St. Augustin

Das Projekt wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft im DFG-Schwerpunktprogramm 1183 "Organic Computing" gefördert.