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Roboter-Herden und simuliertes Schwarmverhalten

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15 häufigen  Hindernisüberwindungen  zu    Gruppenabspaltungen,  wobei  die  Grüppchen  nicht mehr  zueinander  finden.  Die  Lösung  hierbei  könnte  sein,  den  Kreaturen  eine  “Ausschau“ nach anderen Herden zu implementieren. 6 Anwendungsgebiete 6.1 Schwarmbeobachtungen in der Wissenschaft Das  Phänomen  der  kollektiven  Bewegung  ist  für  Physiker  nichts  Geheimnisvolles.  Etwas Ähnliches  passiert,  wenn  eine  Flüssigkeit  gefriert  oder  ein  heißes  Stück  Eisen  während  des Abkühlens  magnetisch  wird.  Wissenschaftler  nennen  diese  plötzlichen  Veränderungen  des Zustands    eines    Stoffes    Phasenübergänge.    Und    sie    beruhen    auf    einem    ähnlichem “Gemeinschaftssinn“  der  daran  beteiligten  Atome  und  Moleküle,  wie  er  bei  den  Vögeln  zu beobachten ist. Im Eisen zum Beispiel ist jedes Atom ein kleiner Magnet. Man kann ihn sich etwa  so  wie  eine  Kompassnadel  vorstellen,  die  in  eine  bestimmte  Richtung  weist.  Oberhalb einer   Temperatur   von   770   Grad   Celsius   zeigen   all   diese   atomaren   Nadeln   in   beliebige Richtungen.   Wenn   die   Temperatur   allerdings   unter   diesen   Wert   fällt,   stellen   sich   alle Nädelchen  in  Reih  und  Glied  auf  und  verstärken  das  Magnetfeld  ihrer  direkten  Nachbarn dabei.  Diese  Vorzugsrichtung  der  kleinen  Einzelmagnete  erst  macht  das  Eisen  als  Ganzes magnetisch. Kein Atom bekommt dabei mit, was in einem entfernten Bereich geschieht. Und doch kommen die Atome zu einer Art Übereinkunft, bei Unterschreiten der Übergangstemperatur sämtlich in eine Richtung zu zeigen.   In  den  frühen  90er  Jahren  erkannten  die  ungarischen  Physiker  Tamas  Vicsek  und  Andras Czirók  die  Verbindung  zwischen  den  Phasenübergängen  und  dem  Schwarmverhalten.  Sie studierten  gerade,  dass  gewisse  Bakterien  sich zu Ringen zusammenschlossen wie Autos im Kreisverkehr. Vicsek und Czirók dachten sich ein einfaches Modell für diese Bewegung aus. Es besaß große Ähnlichkeit mit Reynolds virtuellen Vögeln - obwohl beide Seiten zu der Zeit noch  nichts  voneinander  wussten.  Das  Bakterienmodell  war  sogar  noch  simpler  als  das  der virtuellen  Vögel.  Alle  Zellen  bewegten  sich  darin  mit  derselben  Geschwindigkeit.  Aber  die Forscher   berücksichtigten   auch   zufällige   Störungen,   um   nachzuahmen,   dass   die   Zellen manchmal  ziellos  umherirren.  Die  Bewegung  der  virtuellen  Zellen,  die  Vicsek  und  Czirók beobachteten,   war   sehr   unterschiedlich.   Sie   hing   davon   ab,   wie   dicht   sich   die   Zellen tummelten  und  wie  das  Verhältnis  zwischen  zufälliger  und  Gruppenbewegung  war.  Unter bestimmten Voraussetzungen schlossen sich kleine Ansammlungen von Bakterien zusammen und   bewegten   sich   wie   Vogelschwärme.   Gab   es   nur   wenige   zufällige   Störungen,   dann verbanden sie sich mitunter zu einem Strom. Waren die Störungen dagegen stark, dann irrten die Zellen willkürlich umher, ohne jedes Zeichen einer kollektiven Ordnung.   Der  Wechsel  von  kollektivem  Schwarmverhalten  zu  unkoordinierter  Bewegung  kann  bei starken  Störungen  sehr  abrupt  erfolgen.  Die  Forscher  erkannten  darin  eine Analogie zu dem Übergang  zwischen  einem  magnetischen  zu  einem  unmagnetische  Zustand  in  Eisen  oder einem   anderen   Metall:   Steigende   Temperaturen   durchbrechen   -   ähnlich   wie   die   starken Störungen   -   die   gemeinsame   Orientierung   zwischen   den   benachbarten   Eisenatomen.   Es scheint  so  zu  sein,  dass  Lebewesen  allein  dadurch,  dass  sie  auf  ihre  nächsten  Nachbarn achten, eine Art Gruppenbewusstsein entwickeln können. 6.2 Animation von Schwärmen Traditionelle handgefertigte Animationen werden immer noch mit einem Medium produziert, dass  sehr  unhandlich  ist,  wenn  es  darum  geht  Bewegungen  zu  automatisieren.  Heute,  genau wie    vor    zwanzig    Jahren,    arbeiten    Trickfilmzeichner    noch    auf    der    selben    niedrigen
  
Grundkurs Theoretische Informatik: Mit Aufgaben und Prüfungsfragen
von Boris Hollas
Siehe auch:
Theoretische Informatik - kurz gefasst
Theoretische Informatik
Theoretische Grundlagen der Informatik: mit...
Einführung in die Automatentheorie, Formale...
Theoretische Informatik: Eine umfassende Einführung
Theoretische Informatik: Grundlagen mit Übungsa...
 
   
 
     
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