Was sind adaptive Systeme?

Ein adaptives System ist jedes System, das in der Lage ist, sich basierend auf der empfangenen Eingabe zu ändern. Alle adaptiven Systeme enthalten interne Mechanismen, durch die sich das System ändert. In der Biologie werden adaptive Systeme von Ökosystemen, Populationen und einzelnen Kreaturen verwendet. Computer wurden auch mit adaptiven Merkmalen programmiert, die auf den in der Natur beobachteten Merkmalen basieren.

Ein adaptives System passt sich basierend auf dem Feedback an, das es von seiner Umgebung erhält. In einer Rückkopplungsschleife wird ein Teil der erzeugten Ausgabe als Eingabe in das System zurückgeleitet. Dieser Eingang kann dann vom System für Anpassungen verwendet werden. Rückkopplungsschleifen werden als positiv oder negativ bezeichnet, wobei die positive Rückkopplungsschleife dazu neigt, eine Ausgabe zu beschleunigen oder zu erhöhen, und die negative Rückkopplungsschleife dazu neigt, eine Ausgabe zu verlangsamen oder zu verringern.

In der Biologie können adaptive Systeme sowohl im großen als auch im kleinen Maßstab auftreten. Ökosysteme können als anpassungsfähig angesehen werden, da sie sich basierend auf dem erhaltenen Feedback ändern können. Ein klassisches Beispiel hierfür ist die Untersuchung der Populationsdynamik. Mit steigender Kaninchenpopulation steigt beispielsweise die Population eines Raubtiers wie Füchse mit dem Nahrungsüberschuss. Nach einem bestimmten Zeitpunkt wächst die Anzahl der Raubtiere für das System zu stark und nimmt wieder ab, wenn nicht genügend Beutetiere zum Füttern vorhanden sind.

Innerhalb eines einzigen biologischen Organismus arbeiten auch viele adaptive Systeme. Lernen und Verhaltensänderungen sind Anpassungen, die ein Organismus vornimmt, um positivere Eingaben aus der Umwelt zu erhalten. Feedback zu einzelnen Tieren führt dazu, dass Verhaltensweisen, die Freude bereiten, zunehmen und diejenigen, die Schmerzen verursachen, abnehmen.

Roboter können auch mit adaptiven Systemen ausgestattet werden. Diese Systeme ermöglichen es einem Roboter, seine Umgebung zu beobachten und basierend auf den erhaltenen Informationen Entscheidungen zu treffen, ohne dass ein Mensch sie bei jeder Aktion lenken muss. Die Mars Rovers sind ein Beispiel für Roboter, die mit der Fähigkeit programmiert wurden, Entscheidungen zu treffen. Weit entfernt von der Erde und den Wissenschaftlern, die sie programmiert haben, mussten diese Maschinen beim Sammeln von Daten ihre eigenen Entscheidungen treffen.

Softwareentwickler haben auch Computerprogramme entworfen, um sich an die Bedürfnisse der Benutzer anpassen zu können. Viele dieser Programme werden von Personen verwendet, die herkömmliche Programme wie die Speech-to-Text-Technologie nicht verwenden können. In der physischen Welt könnten adaptive Systeme eine beliebige Anzahl sich selbst verbessernder, sich selbst schützender Systeme schaffen, beispielsweise Autos, die selbst fahren, und Straßen, die ihre eigenen Reparaturen durchführen. Obwohl die Ideen für solche Systeme zahlreich sind, ist die Technologie, die es vielen von Menschen hergestellten Objekten ermöglicht, sich adaptiv zu verhalten, noch nicht entwickelt worden.