Abgerundete Intelligenz

Der Ball ist das Spielgerät überhaupt. Mit ihm schulen selbst Roboter ihre Wahrnehmung und Motorik

Irgendwann rollt der Ball in unser Leben. Oder er fällt uns vor Füße, bleibt aber nicht wie andere Dinge liegen, sondern hüpft herum und bewegt sich, als hätte er ein Eigenleben. Keine Chance, ihn zu fangen! Als Kinder müssen wir erst lernen, die Hand zu steuern, sie unter der Anleitung des Auges auf das Ziel hin zu bewegen, währenddessen die eigene Bewegung im Raum zu erfassen und auch noch die davon unabhängige des Balles.

"Um zu lernen, wie man sich kleineren Bällen nähert und sie fängt, auch wenn sie mit immer größeren Geschwindigkeiten angeflogen kommen, um zu lernen, wie man Bewegungen antizipiert und Flugbahnen unterbricht, braucht man Jahre von Versuch und Irrtum", schreibt der amerikanische Neurologe Frank R. Wilson, in seinem Buch "Die Hand". Der Vorgang sei ein Meilenstein der neuronalen Entwicklung. Der Ball macht all diese Versuche geduldig mit. "Für Kinder ist er das Spielgerät überhaupt", sagt der Sportwissenschaftler Dietrich Kurz von der Uni Bielefeld. "Denn er hat die wenigsten Merkmale und erlaubt am meisten."

So antwortet er zum Beispiel und kommt zurück. Wir werfen und fangen. Das Echo ist immer ein bisschen anders: Jedes Mal fliegt der Ball unter einem anderen Winkel auf uns zu, mal schnell und mal langsam, und lehrt uns, Geschwindigkeiten einzuschätzen und ein eigenes zeitliches Bezugssystem zu entwickeln. Mit zunehmendem Spieltempo - im Profisport sind 130 Stundenkilometer wie beim Fußball oder 180 beim Tischtennis keine Seltenheit - wird die innere Uhr immer feiner justiert. Ballspiele sind so schnell wir unser temporeicher Alltag, in dem wir die Bewegung von Fahrrad- und Autofahrern antizipieren müssen, um uns im Straßenverkehr sicher bewegen zu können. Eine ausgezeichnete Wahrnehmungsschulung.

Wie schwierig es allerdings ist, die Bewegung des Balles vorwegzunehmen, zeigen nicht nur die vielen gescheiterten Fangversuche des Kleinkindes, sondern auch die Zick-Zack-Lauf von professionellen Fußballern oder Baseballspielern, wenn sie nach einem weiten Abschlag den Ball erreichen wollen. Peter McLeod vom Institut für experimentelle Psychologie der Universität Oxford hat studiert, wie ein geübter Baseballspieler die Flugbahn voraussieht und seine Laufrichtung wählt. "Der Spieler schätzt dazu zwei Größen ein", resümiert McLeod: den Winkel, unter dem der abgeschlagene Ball nach oben aufsteigt, und den horizontalen Winkel, unter dem der Ball nach rechts oder links vom Spieler weg fliegt. Der Baseballspieler registriert diese beiden Winkel an verschiedenen Punkten der Flugbahn. Aus vorherigen Spielen hat er gelernt, wie sich die Winkel ändern müssen, damit er sein Ziel erreicht. Er läuft nicht geradewegs auf das Ziel hin, sondern verlangsamt, korrigiert und beschleunigt seinen Lauf. Mehrfach vergleicht er die aktuelle Bewegung des Balles mit der eigenen Vorhersage, um ihn am Ende mit minimalem Aufwand zu erwischen.

Auch in anderen Ballspielsituationen kommen wir nach und nach mit immer weniger Kontrollmechanismen aus. Wir lernen, einen Ball zu prellen oder zu schießen, ohne ihn dabei wirklich mit den Augen zu fixieren, Bewegungen miteinander zu koordinieren und unsere Aufmerksamkeit gleichzeitig auf mehrere Aktionen verteilen.

Besonders anspruchsvoll in dieser Hinsicht ist das Jonglieren. Hier kommt es darauf an, Geschwindigkeit und Abwurfwinkel möglichst konstant zu halten. Um Abweichungen zu korrigieren, verfolgt das Auge des Anfängers die Flugbahn einzelner Bälle, geübtere Spieler schauen zum Beispiel nur noch die Ballhöhe. Richtig gute Jongleure können dank ihrer geschulten Wahrnehmung vom Raum und Zeit, von Kraft - und Spannungsverhältnissen der eigenen Bewegung sogar blind spielen, im Extremfall bis zu mehrere Minuten lang. Schon 1890 berichtete der amerikanische Psychologe William James in den "Principles of Psychology", dass der französische Magier Jean-Eugène Robert-Houdin ein Buch lesen konnte, während er mit vier Bällen jonglierte.

Die Kunst der Roboter, Wahrnehmung und Bewegung zu koordinieren, ist noch nicht sehr weit fortgeschritten. Jonglierende Maschinen, Fußballroboter oder Serviceroboter für den Haushalt wirken nach wie vor seltsam unbeholfen. Früher galt es bei der Erforschung der Künstlichen Intelligenz als eine der größten Herausforderungen, Maschinen zu bauen, die den Menschen auf im königlichen Schachspiel besiegen können. Spätestens 1997 war dieses Ziel erreicht, als der Schachcomputer "Deep Blue" den damaligen Weltmeister Gary Kasparow bezwang. Inzwischen ist auch in der Informatik der Ball ins Rollen gekommen. Der Roboterfußball hat sich zu einer Art Leitproblem der Künstlichen-Intelligenz-Forschung entwickelt, zu ihrem populärsten Gebiet, für das sich auch Schüler und Studenten begeistern.

Beim Ballspiel müssen sich die Zweibeiner, die vierbeinigen Roboterhunde, rollenden Maschinen-Kicker und reinen Computeragenten in einer sich verändernden Umgebung zurechtfinden. Und dabei kommen Computersysteme zum Einsatz, die sich an der Funktion des menschlichen Gehirns orientieren: neuronale Netze, in denen kleine Recheneinheiten ähnlich wie Nervenzellen zusammenarbeiten. Der Mensch lernt beim Ballspiel, aus einer Vielzahl von Sinneseindrücken die jeweils wichtigen herausfiltern, um schließlich einige wenige Parameter konstant zu halten. Während eines solchen Trainings strukturiert sich das Gehirn ständig um. Jede seiner 100 Milliarden Nervenzellen (Neuronen) kann mit Tausenden anderen kommunizieren. Die Kontaktstellen, die Synapsen, sind nicht fest vorgegeben. Oft genutzte Neuronenverbindungen verstärken sich mit der Zeit zum Datenhighway, wenig genutzte werden abgebaut.

Wie dies geschieht, lässt sich am Menschen bisher nicht im Einzelnen verfolgen. Es sind zu viele Neuronen im Spiel, der Informationsfluss schwer überschaubar. Wissenschaftler haben einige molekulare Prozesse jedoch bei jungen Fruchtfliegen verfolgt. Christoph Schuster von der Uni Heidelberg etwa hat Fruchtfliegenlarven in eine kleine Arena gesetzt. Wenn sie darin kein Futter finden, beginnen sie herumzulaufen und zu suchen, die einen schneller, andere Larven verhalten sich träger. Schon ein Mehr an Bewegung, ein reiner Verhaltensunterschied, führt in diesem Experiment dazu, dass sich die Effizienz der Signalübertragung an den Synapsen verändert. "Wenn der Reiz anhält, wird diese funktionelle Änderung umgebaut in eine strukturelle Änderung", sagt der Neurobiologe. Bei solchen Fitnessübungen erhöht sich binnen weniger Tage die Zahl der Synapsen deutlich, wie sein Kollege Stephan Sigrist vom European Neuroscience Institute in Göttingen gezeigt hat. Das Nervensystem der Fruchtfliege arbeitet zum Teil mit denselben Botenstoffen wie das des Menschen und nach ähnlichen Gesetzen. Hier wie dort entsteht ein System aus starken und schwachen Leitungen, das Reize aus der Umgebung unterschiedlich gewichtet. Um etwa fliegen zu können, kontrollieren spezialisierte Neuronen der erwachsenen Fruchtfliege den Luftdruck oberhalb und unterhalb des Flügels. Bleibt dieser konstant, geht's für Drosophila immer schön geradeaus. Die Fruchtfliege muss keine aerodynamischen Gleichungen berechnen, um auf Kurs zu bleiben.

Bei unserer Fortbewegung ist das ähnlich: Wenn wir laufen, hat unser Gehirn damit in der Regel wenig zu schaffen. Die Steuerung findet auf einer niedrigeren Ebene der Hierarchie statt: Kleine Neuronennetze im Rückmark reichen aus, das Wechselspiel der Muskeln beim Gehen zu steuern. Die Zahl der "künstlichen Neuronen" eines Roboters ist erzwungenermaßen klein. "Roboter lernen das Spiel anhand von einfachen Entscheidungen: gut oder schlecht", sagt Markus Riedmüller von der Universität Osnabrück, der sein Team in der Simulationsliga bereits zum Weltmeistertitel geführt hat. Was gut oder schlecht ist, lässt sich nicht zuletzt anhand der geschossenen Tore bemessen. Fußballroboter werden wie Roboter in der industriellen Technik darauf getrimmt, ein bestimmtes Problem möglichst gut zu lösen.

Andere Maschinen haben mehr Lernfreiheiten. Michael Herrmann vom Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation in Göttingen studiert mit seinen Robotern Lernprozesse. Sie suchen in ihrer Umwelt geradezu nach Situationen, aus denen sie möglichst viel lernen können. "Wenn der Roboter etwas kann, macht er erst einmal immer weiter damit." Doch nach die dieser ersten Lernphase beginnt die Explorationsphase: Je sicherer ein zweibeiniger Roboter zum Beispiel läuft, umso mehr versucht er, sich selbst wieder aus dem Gleichgewicht zu bringen. "Er bringt sich selbst in instabile Situation und wird dadurch immer sicherer", sagt Herrmann. Eine andere Maschine übt sich darin, auf einen Ball weich zu reagieren, indem sie ihn beim Vorwärtsdribbeln möglichst immer in Reichweite, in einem kleinen Blickfeld der Kamera hält.

Die Motorik der Fußballroboter lässt gegenwärtig noch zu wünschen übrig. Schnell sollen sie werden, denn auch im Robocup geht es darum, um eine Fußspitze eher am Ball zu sein. Im richtigen Spiel müssen Fußballer den Flug eines Balles und die weitere Entwicklung des Spiels antizipieren und blitzschnell Entscheidungen fällen. Zwei Akteure stehen in dieser Hinsicht im Rampenlicht: der Torjäger mit seinem "Torinstinkt" und der Torhüter, von dem es oft heißt, er habe die Ecke geahnt. Am intuitiven Verstehen sind spezielle Neuronen beteiligt, die einen Ausschnitt aus einem Geschehen spontan zu einem Gesamtbild ergänzen können. Auch das geht nicht ohne entsprechende Vorerfahrungen, ohne ein gegenseitiges Verständnis der Mitspieler. Gerade in einem Spiel, das Individualismus mit einer hochgradigen Organisation verbindet, will rasches Handeln, "ohne viel nachzudenken", gelernt sein. Sprüchen wie "Dumm kickt gut!" liegt eine recht einseitige Vorstellung von Intelligenz zugrunde.

Unsere kognitiven Fähigkeiten sind nicht nur in jungen Jahren eng an unsere motorische Entwicklung gekoppelt. Forscher wie der Neurobiologe Gerhard Neuweiler gehen inzwischen davon aus, dass die überragende motorische Intelligenz des Menschen ausschlaggebend für seine gesamte kulturelle Evolution gewesen ist. Ohne eine Feinsteuerung der Hände und der Gesichtsmuskulatur wäre der Mensch des Handwerks und der Sprache nicht mächtig. Schaut man sich an, wie die einzelnen Körperareale im motorischen Kortex des Vorderhirns repräsentiert sind, von wo aus die Bewegungsbefehle ausgehen, so ergibt sich ein bizarres Bild: der motorische Homunkulus. Das Gesicht und die riesigen Händen machen zwei Drittel seines Wesens aus. Dagegen sind die Füße des Homunkulus winzig. Ihre motorische Geschicklichkeit spielt eine untergeordnete Rolle. Sie wird auch kaum geschult und nimmt schon im Grundschulalter wieder ab.

Während unsere Hände ständig aktiv sind, Zweiunddreißigstel auf dem Klavier anschlagen oder 200 Zeichen pro Minute auf der Computertastatur tippen, verstecken wir den Fuß in mehr oder weniger passenden Schuhen. Er ist bloßer Mitläufer, allenfalls noch fürs Stampfen oder Treten gut. Dass ein "handelndes" Wesen in einem Spiel ausgerechnet auf das Feingefühl seiner Füße setzt, darüber hat sich schon der niederländische Psychologe Frederik Buytendijk vor 50 Jahren gewundert. Am Ball aber überrascht uns der Fuß immer wieder. Mit einem improvisierten Dribbling wie dem des Argentiniers Diego Maradona bei der WM 1986, als er beim 2:0 im Viertelfinale gegen England die halbe britische Mannschaft ausspielte. Oder bei einem gefühlvoll über den Torwart gehobenen Freistoß wie im Viertelfinalspiel der WM 2002, als der Brasilianer Ronaldinho - ebenfalls gegen England - zum 2:1 traf. Der bedauernswerte David Seaman hatte einmal mehr in seiner Karriere die Flugbahn des Balles falsch eingeschätzt.