Bakterien orientieren sich schlauer als Menschen

Forscher an der Tel Aviv University (TAU) entdeckten ein Modell, das zeigt wie Bakterien gemeinsam Informationen über ihre Umwelt sammeln und so sogar in komplexesten Umgebungen stets des besten Weg finden. Es erklärt, wie sich Bakterien in einem Schwarm bewegen und kann damit die Funktion von Technik wie Computern, künstlicher Intelligenz und Robotik erklären helfen.

Die Arbeiten veröffentlichten Adi Shklarsh und Prof. Eshel Ben-Jacob von der Sackler Schule für Physik und Astronomy, Gil Ariel von der Bar Ilan-Universität und Elad Schneidman vom Weizmann Institut in der FAchzeitschrift PLoS Computational Biology. Sie wollten mit der Erforschung der Navigationsfähigkeiten von Bakterien eine neue Generation schlauer Roboter entwickeln. So soll die Entwicklung von Mikrorobotern vorangebracht werfden, die sich in der Diagnostik oder Verteilung von Medikamenten im Körperinneren anwenden lassen. Weitere Anwendungen sind Systeme, die Informationen in sozialen Netzwerken dekodieren oder Informationen über das Verbraucherverhalten im Internet sammeln.

 

Simulierte Agenten bewegen sich gemeinsam auf ein Ziel zu. Grafik. TAU

„Bakterien sind nicht die einzigen Organismen, die sich in Schwärmen bewegen“, sagt Shklarsh, „Fische, Bienen und Vögel zeigen ebenfalls die Fähigkeit der koordinierten Navigation.“ Bakterien jedoch sind ihnen überlegen, denn die Forscher fanden heraus, dass sie über eine bessere Überlebenstaktik verfügen, als die Schwärme höher entwickelter Lebewesen. „Beim Navigieren auf komplexem Terrain lässt sich nämlich die Mehrheit nicht von einer Untergruppe in die Irre führen“, beschreiben die Forscher ihre arbeit im Pressedienst der TAU, „die aufgrund falscher Annahmen die verkehrte Richtung eingeschlagen hat, wie das bei Amöben oder Fischen vorkommt.“

Bakterien kommunizieren anders und vermeiden dies. „Sie ‚vertrauen‘ in die Informationen, die sie selbst erhalten und zollen den Signalen anderer Bakterien weniger Beachtung. Da aber alle dieselbe Strategie verfolgen, kann die gesamte Gruppe den optimalen Weg in einem komplexen Umfeld finden“, erklären die Forscher.

Konkrete Anwendungen sehen die israelischen Forscher genug: Roboter müssen häufig in komplexen Umgebungen wie im Weltraum, in der Tiefsee oder der Online-Welt navigieren und die empfangenen Signale miteinander austauschen. Derzeit beruht das auf komplexen Algorithmen und Datenstrukturen, die einen großen Teil der Rechenressourcen beanspruchen. „Wenn man aber die Geheimnisse der Bakterienschwärme versteht“, so Shklarsh, „dann kann dies wichtige Hinweise für die Konstruktion zukünftiger Robotergenerationen geben, die mit wenigen Daten und wenig Speicher interagieren können.“

Sarah Baker Foto: LLL/flickr CC

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