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Schwarmintelligenz – Ameisen als Vorbilder für Roboter

19.12.2016, von , in Karte anzeigen

In einer Versuchshalle in Dortmund verrichten Shuttles logistische Dienste (Foto: WDR)

In einer Versuchshalle in Dortmund verrichten Shuttles logistische Dienste

Die Logistik in Warenverteilzentren ist hochkomplex. Meterhohe Regallager. Dazwischen Transportbänder und Hubwagen, wenige Mitarbeiter. Immer wieder wird versucht zu optimieren: Wie kommen die Artikel möglichst effizient aus den Regalen in das Paket oder die Packstation? Am Dortmunder Fraunhofer Institut wurde dafür ein Modell entwickelt. Vorbild dafür ist die Schwarmintelligenz der Ameisen.



Die Versuchshalle in Dortmund ist zwar nicht so groß wie eines dieser Riesenlager von Amazon, DHL oder Tchibo. Aber doch auch immerhin so groß wie zwei Turnhallen. Darin steht ein Hochregallager. Und sonst eigentlich nichts. Das ist unüblich. Denn häufig ist in solchen Regallagern ein Geflecht von vielen Transportbändern, auf denen die Waren aus den Regalen in die Packstationen transportiert werden. Hier in Dortmund übernehmen kleine kantige Shuttles diesen Job.

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Auf Knopfdruck geht es los

Eigentlich fahren die Shuttle ganz von allein, nur selten muss Jana Jost eingreifen. (Foto: WDR)

Eigentlich fahren die Shuttle ganz von allein, nur selten muss Jana Jost eingreifen.

Die wissenschaftliche Mitarbeiterin Jana Jost sagt per Computer, was die Shuttles zu tun haben. „Ich sage, dass 10 Transportaufträge erfüllt werden müssen. Das heißt, es werden 5 Kisten ausgelagert aus dem Regal und 5 wieder eingelagert.“ Welches Shuttle welche Kiste transportiert, sagt ihnen Jana Jost nicht.
Ein Knopfdruck, eine kurze Wartezeit und schon fangen die Shuttle in dem Regal an, sich zu bewegen. In komplett unterschiedliche Richtungen. Ist das richtig? – Ja, erklärt Jana Jost. Denn die Shuttles hätten ja unterschiedliche Ziele und unterschiedliche Startpositionen im Regal. „Sie organisieren sich jetzt gerade. Wir haben vorne einen Lift, hinten einen Lift über die sie die Ebenen wechseln können. Jetzt müssen sie prüfen, welchen Lift sie benutzen dürfen und welches Fahrzeug als erstes hereinfahren darf.“

Shuttles kommunizieren miteinander
Das machen die Shuttles alle selbst untereinander. Sie fahren auf den Schienen des Regals hin und her, wechseln die Etagen, fahren los, halten wieder an. Es wirkt sehr unkoordiniert, die Geräte hätten aber einen Plan, versichert die Logistik-Wissenschaftlerin. Es mag wirr aussehen, gibt sie zu. „Weil wir gar keine Linien, keine Punkte in der Halle erkennen können. Die Fahrzeuge haben zwei Laser-Scanner, einen vorne, einen hinten und darüber navigieren sie frei.“ Die Shuttle erstellen sich eine Karte, wie der Raum aussieht, wo die Stationen sind und planen dann ihre Bahn. Falls Hindernisse auftauchen halten sie an oder umfahren das Hindernis. Es wirkt alles sehr wie von Zauberhand gelenkt.

Autonom und trotzdem vernetzt

Die Shuttles sind untereinander vernetzt (Foto: WDR)

Die Shuttles sind untereinander vernetzt

Das ist auch ein bisschen so. Denn nicht Menschen geben den Transportweg vor, sondern die Geräte kommunizieren unter- und miteinander. Sie entscheiden selbst, welches Shuttle zu welchem Paket fährt, welches zuerst fährt usw. Sie agieren mithilfe der Methoden der Scharmintelligenz autonom, erklärt der Abteilungsleiter der Automatisierungstechnik im Dortmunder Fraunhofer Institut Sören Kerner. „Jedes dieser Fahrzeuge hat eine eigene Recheneinheit, hat eine eigene Sensorik, um die Umgebung wahrzunehmen.“ So wie wir Menschen beobachten sie die Umgebung mithilfe der Sensoren. „Im Gegensatz zu uns Menschen sind die Geräte aber zudem miteinander vernetzt.“ Das heißt, sie tauschen Informationen von Shuttle zu Shuttle aus. Aber die Entscheidung, welches Fahrzeug wohin fährt oder ob es einem anderen Fahrzeug Vorrang gewährt wird aber von den einzelnen Fahrzeugen selbständig gefällt.

Was unkontrolliert wirkt folgt einem klaren Plan
Die ersten Shuttles kommen nun mit den Paketen, die sie aus dem Regal geholt haben, an der Station an zu der sie hinsollen. Dort laden sie selbständig die Pakete ab und machen sich wieder auf den Weg zum Regal. Es wirkt weiterhin unkontrolliert, folgt aber klaren Regeln, die die Transport- und Logistikwissenschaftler aus der Tierwelt kennen, sagt Kerner. Die Roboter folgen Regeln der Schwarmintelligenz. „Vergleichbar ist dies vielleicht mit einem Ameisen-Schwarm, in dem man nicht vorhersehen kann, was das einzelne Individuum tut. Aber wo sie mit Sicherheit vorhersagen können, wenn sie einen Kuchenkrümel irgendwo auslegen, dass sich dorthin eine Ameisenstraße bilden wird.“ An sich funktioniert dieses Konzept schon gut, sagen die Dortmunder Wissenschaftler. Es werde jetzt nur noch weiter optimiert. Ob und wann dieses ausgeklügelte System künftig tatsächlich in Lagern eingesetzt wird, steht noch nicht fest.

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