Wie Orchester ohne Dirigent

Text von: redaktion

Forscher aus Göttingen und Klagenfurt haben eine neue Methode zur selbstorganisierenden Synchronisation entwickelt und den mathematischen Beweis erbracht, dass sich Systeme damit garantiert selbst in den Gleichtakt bringen können.

Für zukünftige Technologien wie die dezentrale Kontrolle von Autoverkehr oder Roboterschwärmen ist es immer wichtiger, in ähnlicher Weise synchron zu funktionieren.

Zum Beispiel setzen Handynetze auf zentrale Stellen, die für die Koordination zuständig sind. Doch fällt der Handymast aus, stehen die Handys still. Eine Lösung für dieses Problem bieten selbstorganisierende Systeme.

In der Anwendung würden beispielsweise Signale von Mobiltelefonen nicht mehr über Masten verbreitet werden, sondern jedes Handy könnte selbst die Funktion eines Masts für einige andere, benachbarte Handys übernehmen. Dieses Zusammenspiel von Geräten kann jedoch nur funktionieren, wenn deren Signale synchronisiert werden. Modelle und Computersimulationen gibt es dazu schon seit vielen Jahren.

Forscher

Nun konnte jedoch erstmals mit mathematischer Eindeutigkeit bewiesen werden, dass ein solches System immer funktioniert. Der dazu nötige Algorithmus ist jetzt in der Fachzeitschrift „New Journal of Physics“ erschienen.

Die Autoren Johannes Klinglmayr und Christian Bettstetter von der Alpen-Adria-Universität sowie Christoph Kirst und Marc Timme vom Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation in Göttingen haben hierzu auch ein Patent eingereicht.

Methode

Johannes Klinglmayr erläutert die Methode am Beispiel von Kirchenglocken: „Stellen Sie sich vor, kein Messner hat eine Uhr und auch keine zentral gelegene Kirche gibt das Signal vor. Mit dem von uns entwickelten Regelwerk würde es gelingen, dennoch alle Glocken gleichzeitig ertönen zu lassen.“

Mit Hilfe der neu entwickelten Methode ändert sich in Reaktion auf die empfangenen Signale die Zeiteinstellung an jedem Ort schrittweise so, dass nach mehreren Malen Läuten alle Kirchenglocken im Gleichtakt schlagen.

Wichtigste Neuerung dieser Erfindung ist, dass die Methode garantiert zum Gleichtakt, der Synchronisation führt, egal wie ungleichmäßig die Signale am Anfang sind und selbst, wenn manche Signale nicht empfangen oder überhört werden.

Idee

Die Idee lässt sich, so Marc Timme, für verschiedenste Technologien in der Anwendung nutzen: „Auch Gruppen von Robotern könnten so an verschiedenen Stellen gemeinsam Aufgaben lösen, wenn sie sich gegenseitig synchronisieren und so absprechen.“

Die Ergebnisse entstanden in einer Kooperation zwischen der Alpen-Adria-Universität Klagenfurt (Institut für Vernetzte und Eingebettete Systeme, Lakeside Labs) und dem MaxMax-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation Göttingen (Network Dynamics Group).