Erst denken, dann handeln: der hierarchische Ansatz

Wie macht man einen Roboter intelligent? Als die Robotik in den späten 1960er Jahren Form annahm, beherrschte bis in die späten 1980er Jahre der hierarchische Ansatz den Aufbau der autonomen Robotersteuerung: Damit der Roboter jede einzelne Aktion planen kann, muss in seinem Computer-Programm irgendwie ein Modell seiner Umwelt stecken. Dieses Modell repräsentiert in Form einer Datenstruktur die Welt des Roboters. Es kann vorprogrammiert sein, oder der Roboter erarbeitet es sich selbst. So ein Weltmodell kann beispielsweise einen geometrischen Gebäudeplan enthalten. Zudem müssen Sensordaten ausgewertet werden, damit der Roboter seinen Standort und seine Umgebung kennt. Er muss wissen, welche Aktionen er in welcher Reihenfolge ausführen muss, um seine Aufgabe zu erfüllen und ohne Schaden anzurichten. Er muss also wissen, welche seiner Handlungen welche Folgen hat. Je beliebiger die Umwelt des Roboters ist, in der er zielgerichtet agieren muss, umso schwieriger ist dies alles zu programmieren.

Nicht denken, reagieren: der reaktive Ansatz

Der reaktive Ansatz entwickelte sich Mitte der 1980er Jahren, vor allem weil der hierarchische Ansatz unflexibel und störanfällig ist sowie extreme Rechenzeiten verlangt. Der reaktive Ansatz basiert auf dem Reiz-Reaktion-Prinzip, das man sich in der Biologie abgeschaut hatte. Die Reaktion ergibt sich dabei praktisch direkt aus dem Output eines Sensors - ohne vorherige Planung. Der Roboter hat nach diesem Schema mehrere oder viele Reiz-Reaktion-Kopplungen, die alle miteinander um die Robotersteuerung konkurrieren - so genannte Verhalten. Die einzelnen Verhalten werten unabhängig voneinander ihre Sensordaten aus und erzeugen entsprechende Steuersignale. Ein Verhalten könnte zum Beispiel geradeaus an einer Wand entlang steuern wollen, während ein anderes Verhalten 90 Grad nach links steuern will, um einem Hindernis auszuweichen. Die Verhalten müssen daher sinnvoll kombiniert werden. Die Programmierung könnte so sein, dass das Ausweichverhalten das Wandfolgeverhalten (kurzzeitig) unterdrückt, oder dass vielleicht 45 Grad nach links gesteuert wird. Eine spezielle Form des reaktiven Ansatzes ist die Subsumtions-Architektur.

Von beiden das Beste: der hybride Ansatz

Der Subsumtions-Ansatz macht Robotik in Echtzeit möglich, aber Roboter kommen nicht bei allen Aufgaben ohne Planung aus. Im hybriden Ansatz werden daher die besten Eigenschaften der reaktiven und hierarchischen Architektur vereint. Hierbei gibt es wieder die Kopplungen von Reizen und Reaktionen; die Sensordaten sind allerdings auch einer planenden Instanz zugänglich. Sie wirkt in gewissen Zeitabständen in der einen oder anderen Weise auf die Verhalten und ihre Verknüpfungen zurück, so wie es je nach Aufgabe und Bedingungen sinnvoll erscheint.