Computational Intelligence: die Natur als Vorbild für technische ...

Die heute fast ausschließlich auf Digitalrechnern durchgeführte wissenschaftliche bzw.
technische Simulation hat mittlerweile alle Gebiete der Naturwissenschaft und der
Technik erfaßt und ist in manchen Bereichen so erfolgreich, daß man gänzlich auf das
Experiment verzichten kann. In anderen Bereichen ist sie der einzige Zugang zur Erfassung
genauer Abläufe, weil entsprechende Experimente nicht durchgeführt werden können.
Wesentliche Anwendungsgebiete der Simulation in der Automatisierungstechnik
sind:
• Einsatz von Echtzeitsimulatoren zur Schulung,
• Prozeßbeobachtung und Diagnose,
• Simulationsgestützte Prognose und
• Adaptive Regler.
Durch das vertiefte Studium biologischer Regelkreise können voraussichtlich noch viele
wertvolle Lösungsideen für komplexe technische Regelaufgaben auf dem Gebiet der
lernenden, adaptiven oder autonomen Systeme gewonnen werden.
3. Evolution
Das von Gregor Johann Mendel (1822-1884) aufgestellte dritte Vererbungsgesetz, das
Gesetz der freien Rekombination des Erbguts, besagt, daß das Erbgut zumindest prinzipiell
in allen möglichen Kombinationen neu zusammengestellt werden kann. Ferner
hatte Mendel erkannt, daß sich das Erbgut aus bestimmten, diskreten Einheiten zusammensetzt.
Wir wissen heute, daß diese wie folgt aufgebaut sind: die im Zellkern befindlichen
Chromosomen enthalten die langgestreckten Moleküle der Desoxyribonukleinsäure
(DNS), die wiederum aus vier Nukleotiden, den Basen Adenin, Guanin, Cytosin
und Thymin besteht. Diese bilden das genetische Alphabet, ihre jeweilige Reihenfolge in
der DNS die genetische Information in Form des genetischen Codes. Die kleinste Erbeinheit,
das Gen, setzt sich typischerweise aus etwa 1000 Nukleotiden zusammen. Der
genetische Code stellt beim Aufbau der Lebewesen die Information zur Eiweiß- oder
Proteinsynthese bereit. Er ist hochgradig redundant ausgelegt und in der Natur universell
gültig: alle Organismen übersetzten die Basensequenzen in der gleichen Weise. Je drei
aufeinanderfolgende Nukleotide codieren eine Aminosäure. Insgesamt sind dabei 4 3 =
64 Kombinationen möglich. Da nur 20 verschiedene Aminosäuren existieren, ist der
Code also mehrdeutig und somit redundant ausgelegt. Die Reihenfolge der Aminosäuren
bestimmt die Grundstruktur der Proteinmoleküle und damit in letzter Instanz den Aufbau
der Zellen und somit des gesamten Organismus [5].
Als zu Beginn dieses Jahrhunderts die Vererbungsgesetze Mendels wiederentdeckt wurden,
war man davon überzeugt, daß ein Gen zwangsläufig ein bestimmtes Merkmal
festlegt. Diese Vorstellunmg wurde nach dem zweiten Weltkrieg von der Überzeugung
abgelöst, daß die Gene nur einen gewissen Rahmen bstimmen, die eigentlich formende
Kraft aber die Umwelt sei. In den sechziger Jahren begann sich dann allmählich wieder
die Meinung durchzusetzen, daß die Gene und nicht die Umwelt die wichtigste Rolle bei
der Entwicklung eines Individuums spielen.