Kinetische Systeme
Die Konstruktion autonomer Systeme (
),
bei denen die innere Energie vom Substrat getrennt und in einem
gesonderten Kreisprozess zum Antrieb der systemeigenen Pumpe genutzt wird,
eröffnet Möglichkeiten zu einer vielfältigen Entwicklung dieser Designvariante.
In dieser Ausstattung kann das autonome System beliebige funktionelle
Komponenten antreiben. Durch die Kombination mit kinetischen Komponenten,
welche die zugeführte Energie in Bewegungsenergie umzuwandeln vermögen,
wird das System zur Selbstbewegung fähig. Je nach Ausstattung des
Systems mit steuernden Komponenten kann es so zu unterschiedlichen Formen der
Fortbewegung fähig gemacht werden.
Abbildung 1stellt die
Designvariante eines kinetischen Systems auf der Basis eines einfachen
autonomen Systems dar. Die
eintretende
Rückwirkung steuert
nicht nur die
Geschwindigkeit der Stoffaufnahme, sondern auch die Geschwindigkeit der
Bewegung. Erfolg und Bewegung sind proportional. Bei großem Erfolg bewegt
sich das System schneller als bei geringem Erfolg. Die Richtung der
eingeschlagenen Bewegung ist zufällig und in keiner Weise vom Erfolg
abhängig. Das System zappelt mit einer dem Erfolg proportionalen
Geschwindigkeit.
Abbildung 2 stellt die
Designvariante eines kinetischen Systems auf der Basis eines stabilen
autonomen Systems dar. Auch hier
erfolgt
die Steuerung durch den Erfolg der Aktion.
Da der Erfolg der Aktion jedoch durch eine Steuerkomponente gesteuert
wird, ist die Geschwindigkeit dem Erfolg der Aktion umgekehrt proportional
und das gilt auch für die Geschwindigkeit der Bewegung. Das System zappelt
umso langsamer, je größer der Erfolg der Aktion des Systems ist.
Das hat nun gravierende Auswirkungen. In einer Umgebung, in der das System
erfolgreiche Aktionen ausführen kann, zappelt es nur sehr langsam und
ermöglicht so einen längeren Aufenthalt in dieser Umgebung. Nimmt der
Erfolg der Aktionen ab und das System verlässt die ungünstige Umgebung.
Das System wird also den Aufenthalt in Räumen bevorzugen, die sich durch
eine geringeres Gefälle der Temperatur auszeichnen und so den
energetischen Aufwand bei der Aufnahme von Energie minimieren (
).
Die Richtung, in der die ungünstige Umgebung verlassen wird, ist auch hier
zufällig. Wird die Umgebung noch ungünstiger, bewegt sich das System
schneller, wird diese jedoch günstiger, bewegt es sich langsamer und
verweilt länger. Das System
kommt in einer Umgebung
zur Ruhe, in der es Erfolg hat.
Bei ausbleibendem Erfolg entfernt es sich. Ein solches System würde sich
folglich nur in einer Umgebung aufhalten, in der es in der die Aktionen erfolgreich sind,
durch die es sich erhalten kann. Eine Umgebung, die seine Existenz
gefährdet, würde es jedoch verlassen. In der Biologie nennt man diese
Bewegungsform „Kinese“.
Abbildung 3 stellt die
Designvariante eines kinetischen Systems auf der Basis eines sensorischen
autonomen Systems dar. Auch sein Verhalten ist als Kinese zu bezeichnen.
Das System
kommt in einer Umgebung zur Ruhe, in der es Erfolg hat.
Bei ausbleibendem Erfolg entfernt es sich. Da das System den Erfolg
bereits erwartet, bevor er eintritt, kann es seine Bewegungen auch viel
schneller auf die Erwartungen des Systems einstellen. Es verlässt
ungünstige Bedingungen schon bevor der Misserfolg eingetreten ist und
verweilt in günstigen bereits dann, wenn der Erfolg sich gerade
einzustellen beginnt.
Die signalgesteuerte Kinese ermöglicht es dem System, seine
Aktionen zur Selbsterhaltung effektiver auf die jeweils gegebenen
Bedingungen der Umgebung einzustellen, als dies bei der einfachen Kinese
der Fall ist.
Auch Systeme mit signalgesteuerter Kinese können manipuliert
werden (
).
Ein solches System ähnelt dem „Wesen 1“, einem „Braitenberg´schen
Vehikel“. Im Unterschied zu diesem kann das sensorische System seine Bewegung
nicht nur durch Signale steuern. Das System überprüft durch das
tatsächlich eingetretene Fließgleichgewicht die Information über die
Erwartung und kann sie jederzeit durch unmittelbare Steuerung korrigieren.
Das Kriterium dieser Prüfung ist das Fließgleichgewicht der sinngebenden
Komponente des Systems. Die
Selbsterhaltung des Systems als Bewertungskriterium der erwarteten
Änderungen der Umgebung muss nicht als gesonderte Komponente konzipiert
werden, sondern ist immanentes Merkmal stabiler autonomer Systeme, das
durchaus sinnvoll als Ziel des Systems bezeichnet werden kann.
Diese Zielorientiertheit wird durch die
Kombination der Komponenten des Systems bewirkt und wird so zu einer
physikalischen Entität.
Baitenbergs Wesen bleiben dagegen Automaten, die die Resultate ihrer
Bewegung nicht zu bewerten vermögen und die daher auch nicht der
Selbsterhaltung dienen und so keinen Sinn haben.
Sie agieren nicht, sie reagieren blind auf äußere Einwirkungen. Sie
modellieren das, was in der Verhaltensbiologie weithin unter "Verhalten"
verstanden wird.
Das bisher konstruierte kinetische
autonome hydrodynamische System ist also (nachdem es gestartet wurde) zu
einer zielstrebigen Bewegung aus eigenem Antrieb fähig. Es zeigt also
Merkmale, die gewöhnlich nur lebenden Systemen zugeschrieben werden. Warum
also sollte ein solches System nicht als „hydraulisches Lebewesen“
bezeichnet werden? Dieser Frage will ich mich auf der folgenden Seite
zuwenden.