Robotik

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Von der Hummel zur Drohne

Eine Blüte bewegt sich im Wind hin und her. Für eine Hummel bedeutet das, dass sie im Anflug nicht nur abbremsen und den richtigen Abstand schätzen muss. Sie muss gleichzeitig der Bewegung der Blüte folgen, ihren eigenen Körper stabilisieren und das Ziel im Blick behalten.

Wie ihr Nervensystem diese verschiedenen Informationen in passende Flugbewegungen übersetzt, hat ein Forschungsteam der Wageningen University in den Niederlanden nun mit einer, wie ich finde, spannenden Kombination aus Verhaltensexperimenten, Hochgeschwindigkeitsaufnahmen und mathematischen Modellen untersucht.

Dafür trainierten sie Hummeln darauf, auf einer künstlichen Blüte zu landen, die sich gleichmäßig zweimal pro Sekunde seitlich hin und her bewegte. Drei Hochgeschwindigkeitskameras zeichneten die Manöver auf.

Anschließend wurden Kopf, Körper und die Flügel automatisch in den Bildern verfolgt und daraus die 3D Flugbewegungen rekonstruiert. Insgesamt analysierte das Team 48 Landungen.

Die Hummeln folgten der Bewegung der Blüte erstaunlich genau und kippten ihren Körper dabei immer wieder seitlich, ähnlich wie ein Hubschrauber, der durch Neigung seine Schubrichtung verändert.

Die Forschenden entwickelten anschließend aus den gesammelten Daten mathematische Modelle dafür, wie die Hummeln ihren Flug steuern.

Diese deuten darauf hin, dass sie sich vor allem daran orientieren, wie schnell sich die Blüte durch ihr Blickfeld bewegt. Zusammen mit Informationen über die eigene Drehbewegung reicht das offenbar aus, um der Blüte zu folgen und sie beim Landeanflug im Blick zu behalten. Wo genau sich die Blüte im Blickfeld befindet, scheint hingegen kaum eine Rolle zu spielen.

Genau dieser letzte Punkt macht die Arbeit auch für die Robotik interessant. Kleine Flugroboter müssen bewegliche Ziele ebenfalls schnell erfassen und ihre eigenen Bewegungen laufend korrigieren, haben aber nur begrenzte Rechenleistung und Sensorik. Die Hummeln zeigen, dass dafür möglicherweise erstaunlich einfache Rückkopplungsregeln ausreichen.

Noch bildet das Experiment allerdings eine stark vereinfachte Situation ab. Die künstliche Blüte bewegte sich regelmäßig in nur einer Richtung. Wie gut dasselbe Prinzip bei den unregelmäßigen Bewegungen einer echten Blüte im Wind funktioniert, muss sich erst noch zeigen.

Die Autoren schlagen sogar selbst vor, das entwickelte Modell künftig direkt mit Flugrobotern und unter komplexeren Bedingungen zu testen.

Die Hummeln lieferten also die Grundlage, nun könnte es ohne sie weitergehen.

Quelle:

Wang et al. (2026), Journal of the Royal Society Interface

doi.org/10.1098/…

Vom einzelnen Fisch zum Schwarm

Ein Fischschwarm kann sich beinahe wie ein einziger Organismus bewegen. Hunderte Tiere ändern gemeinsam die Richtung, ohne dass jemand vorgibt, wohin es gehen soll. Doch nach welchen Regeln entscheidet eigentlich der einzelne Fisch, wem er folgt?

Forschende der University of California San Diego haben das an winzigen, nahezu durchsichtigen Fischen der Art Danionella cerebrum untersucht.

Sie zeichneten die Bewegungen der Tiere in unterschiedlich großen Gruppen auf und entwickelten daraus ein mathematisches Modell. Dabei zeigte sich ein erstaunlich einfaches Prinzip.

Ein Fisch orientiert sich offenbar nicht an der mittleren Bewegungsrichtung seiner gesamten Umgebung, sondern kopiert jeweils die Richtung eines einzelnen, zufällig ausgewählten Nachbarn.

Entscheidend ist dabei auch das Timing. Wenn ein Fisch eine Kurve beendet, öffnet sich für seine Nachbarn ein kurzes Zeitfenster, in dem sie seine neue Richtung übernehmen können. Bei ausgewachsenen Tieren geschieht diese Reaktion besonders schnell. Viele solcher einzelnen, zeitlich abgestimmten Entscheidungen reichen dem Modell zufolge aus, damit auf Gruppenebene das typische Schwarmverhalten entsteht.

Ob das Modell tatsächlich beschreibt, was die Tiere wahrnehmen und tun, testeten die Forschenden anschließend mit virtuellen Fischen. Echte Fische schwammen dafür in einer Virtual-Reality-Umgebung und bekamen künstliche Artgenossen präsentiert, deren Richtungswechsel gezielt gesteuert werden konnten. Die realen Fische reagierten dabei exakt so, wie es das Modell vorhergesagt hatte.

Es ist spannend, wie aus einer so einfachen Regel ein komplexes Gruppenverhalten entstehen kann. Solche Prinzipien sind auch über die Biologie hinaus interessant, etwa für die Schwarmrobotik. Statt jeden Roboter zentral zu steuern, könnten dort einfache Regeln für die Interaktion mit den unmittelbaren Nachbarn dafür sorgen, dass sich eine ganze Gruppe koordiniert bewegt.

Ob sich gerade diese gefundene Strategie dafür eignet, ist noch offen. Aber vielleicht können uns ausgerechnet winzige Fische etwas darüber beibringen, wie man große Gruppen ohne zentrale Steuerung organisiert.

Quelle:
Puri et al., 2026, Phys. Rev. Lett.
journals.aps.org/prl/…