Die Ökosysteme sind leider längst nicht mehr im Gleichgewicht. Mit Hilfe von Künstlicher Intelligenz und „Roboter-Tieren“ wollen Forschende der Uni Graz dazu beitragen, dass manche dieser Systeme wieder wie ursprünglich funktionieren können. Und das ist eigentlich weniger „schräg“, als es auf den ersten Blick wirkt.

Die Versiegelung großer Landflächen, die Verschmutzung der Meere, Monokulturen und Umweltgifte – wir haben der Natur mit unserem Lebensstil und unserem technologischen Fortschritt auf der ganzen Linie zugesetzt. Vieles ist völlig aus dem Gleichgewicht geraten. Rund eine Million Arten könnten in den nächsten Jahrzehnten aussterben, warnt der WWF. Und wo wir vom Artensterben sprechen, ist klar, dass diese Schäden irreversibel sind.
„Wir befinden uns am Beginn des sechsten großen Artensterbens. 50 bis 75 Prozent Biomasse an Insekten sind bereits verschwunden und ihr Bestäubungspotenzial fehlt nun“, sagt der Biologe Thomas Schmickl von der Uni Graz. Als Bestäuber sind Bienen eine wichtige „Keystone species“, schließlich werden aus den bestäubten Blüten in weiterer Folge Früchte. Diese dienen der Verbreitung und Erneuerung des Pflanzenbestands, welcher wiederum Lebens- oder Wohnraum und Nahrung für Tiere bildet. Und auch sie haben wichtige Ökosystemfunktionen. Alles hängt zusammen und so können wir uns auch die Probleme ausmalen, wenn die Bienen mit ihrer Schlüsselrolle immer stärker in Bedrängnis geraten.

Algorithmen zum Wohle der Natur

Als „Ersatz“ bringt Wissenschaftler Schmickl künstliche Tiere ins Spiel. Sie sollen helfen, dem Trend entgegenzuwirken. Doch das dürfe man sich keinesfalls vorstellen wie Fabrikroboter, die Arbeiter „verdrängen“ oder Computeralgorithmen, die Angestellten-Jobs vernichten können, betont der Leiter des „Artificial Life Lab“ an der Universität Graz: „In meiner Forschung frage ich mich, wie man Roboter und Algorithmen sinnvoll zum Wohle der Natur und der Menschheit einsetzen kann.“ Entwickelt hat er ein 3-Punkte-Programm, an dessen Spitze das „proaktive Umweltmonitoring“ steht.

„Mit Biomimicry und Bioinspiration können wir Sonden schaffen, die sich in tierische Gesellschaften integrieren und die Ökologie aus ihrem Inneren heraus beobachten und melden, wenn es Anomalien in ökologischen Wechselwirkungen gibt“, erklärt er. In speziellen Beobachtungs-Bienenstöcken aus dem 3D-Drucker wurden so etwa bereits Bienenvölker angesiedelt, durch die es möglich ist, sehr frühzeitig zu erkennen, wenn die Umwelt aus dem Gleichgewicht gerät. Die Corona-Pandemie hat den nächsten Schritt im Projekt HIVEOPOLIS verzögert. Doch 2021 sollen hier am Campus der Uni Graz völlig neu konzipierte Bienenstöcke aus einem organischen Skelett, welches mit Pilzen ausgekleidet und dadurch durch und durch organisch ist, mit Bienenvölkern besiedelt werden.

Ein Tanz, damit keiner falsch abbiegt

Im zweiten Schritt von Schmickls 3-Punkte-Programm, der „biohybriden Intervention“, wird bei der Erkennung von Anomalien eingegriffen, um Schäden zu minimieren oder zu reparieren. „Tanzroboter“ halten die Bienen etwa davon ab, in bestimmten Gebieten, in denen zum Beispiel gerade für die Tiere gefährliche Pestizide ausgebracht wurden, Pollen zu sammeln. Untersucht wird aktuell in der Forschung wie Vibrationssignale in den Waben diese Tänze zu den Futterquellen abwandeln und die Bienen so schützen können. Eine weitere Forschungsfrage für den Winter betrifft die Wärmeausbreitung in den Waben. Einerseits geht es um das Erkennen von Größe und Lage des Brutnestes von außen. Andererseits möchten die Forschenden herausfinden, ob sie das Brutnest auch größer oder kompakter machen können, wenn sie Wärme zuführen oder sogar die Lage verändern können. Dies alles könnte schließlich das Überleben eines Bienenvolkes sichern helfen.

Eine künstliche Spezies für den Notfall

Diese beiden Stufen von Beobachtung und Intervention bilden die Grundlage dafür, dass man für – in Zukunft eventuell notwendige – größere Eingriffe zur Stabilisierung des Ökosystems gerüstet ist: Denn mit dem „Ecosystem Hacking“ würde Schmickl schließlich schlimmere Auswirkungen abfangen wollen, wenn eine „Keystone species“ ausgestorben oder zahlenmäßig bereits zu schwach ist, um noch stabilisierend zu wirken. Robotertypen, die sich in die jeweilige Tiergesellschaft integrieren, selbstlernend in Bezug auf das natürliche Verhalten der Tiere und auch von außen steuerbar sind, könnten dieses Gleichgewicht des Ökosystems wiederherstellen. Dass das prinzipiell möglich ist, hat der Wissenschaftler bereits bei einem Bienen-Kollektiv in Graz und bei einem Fischschwarm in Lausanne in der Schweiz demonstriert.

Die Ökosysteme sind nicht mehr im Gleichgewicht – Roboter-Tiere sollen den Bienen auf die Sprünge helfen
(Credit: Lunghammer)