Cambridge/New York/Wien. Für gewöhnlich sind Roboter eigenständige Maschinen - hergestellt aus einer Vielzahl von Einzelkomponenten, die ineinandergreifend bestimmte Funktionen ausführen, um als Ganzes zu agieren. Man denke etwa an Industriemaschinen zur Automatisierung von Arbeitsabläufen, an Geräte wie Rover, die den Mars erkunden, an Roboter, die Fußball spielen, oder jene humanoiden Gestalten, die bereits im Pflegebereich zum Einsatz kommen. Doch versagt nur der kleinste Teil einer solchen in sich geschlossenen Apparatur, heißt es "außer Betrieb". Auch in Schwärmen funktioniert bisher jeder einzelne Roboter als unabhängige Einheit.

Anders verhält es sich bei jener Gemeinschaft, die US-Forscher erstmals aus vielen losen, aber doch verbundenen Einzelteilen geschaffen haben, wie sie im Fachblatt "Nature" berichten. Je nach Gruppengröße können sie sich fortbewegen, Objekte transportieren und dabei ihre Form flexibel verändern beziehungsweise anpassen.

Das System besteht aus vielen kleinen scheibenförmigen Einheiten, die wie Magnete aneinanderhaften. Jedes dieser Teile hat nur zwei Funktionen: Es kann sich ausdehnen und sich zusammenziehen, beschreiben die Forscher des Massachusetts Institute of Technology (MIT) und der Columbia University School of Engineering and Applied Sciences. Sind diese Bewegungen aufeinander abgestimmt, erlauben sie eine Gruppendynamik, die sich als koordinierte Fortbewegung zeigt. Über Sensoren werden die Komponenten durch Licht gesteuert. Objekte, die in ihrer Mitte platziert werden, werden so geschoben. Der Schwarm kann aber auch fließend Objekten ausweichen und sich durch enge Passagen quetschen.

Das Besondere dabei: Keines der Teile kommuniziert mit seinen Nachbarn oder ist von ihnen abhängig - doch nur im Schwarm bilden sie ein Ganzes. Das macht es auch möglich, dass Einzelkomponenten jederzeit hinzugefügt oder entfernt werden können, ohne dass das Gesamtsystem beeinflusst ist. Zu einem "außer Betrieb" kann es erst gar nicht kommen. Denn auch ein defektes Teil hat den Forschern zufolge keinen Einfluss. In einem Versuch behielt ein Schwarm aus mehr als 10.000 Einzelkomponenten die Bewegung auch dann, wenn etwa 20 Prozent seiner Einheiten ausgefallen waren.

Wie ein biologisches System

"Wir haben versucht, unsere Denkweise über Robotik auf neue Beine zu stellen", betont Studienautor Hod Lipson. "Nämlich nicht eine Maschine ähnlich einer biologischen Kreatur zu bauen, sondern ähnlich einem biologischen System." Alle Lebewesen sind aus Zellen geformt, die, miteinander auf unterschiedliche Art und Weise verbunden, den Gesamtorganismus bilden. "Wir haben uns die Frage gestellt, ob dieser Ansatz auch bei Robotern möglich ist", erklärt Daniela Rus vom MIT. Der Roboter könnte sich der optimalen Form annehmen, die eine Aufgabe erfordert.

"Wir könnten ihm die Fähigkeit geben, sich jederzeit selbst zu verändern. Was wäre, wenn der Roboter seine Zellen so umformen könnte, dass er Arme bekommt, um einen entfernt liegenden Gegenstand zu greifen? Verändert sich die Anforderung, könnte sich der Körper dementsprechend anpassen", schildert Rus.

Es sei ein bisschen so wie die sprichwörtliche "graue Schmiere‘" - ein aus der Science Fiction stammendes sich selbst replizierendes Nanobot-System, so die Forscher. "Das absolut Neuartige ist nun, dass wir einen Roboter ohne zentrale Steuerung, ohne fixe Form und noch dazu störungsresistent geschaffen haben", sagt Lipson. Der nächste Schritt ist die Schaffung mikroskopisch kleiner Miniatureinheiten, die etwa auf Töne oder Licht reagieren.