Maus im Labyrinth

Geschrieben am 29.10.2021 von

Vor rund siebzig Jahren begann in England und den USA die Forschung zum maschinellen Lernen. Der amerikanische Mathematiker Claude Shannon baute 1950 eine Vorrichtung, die einen „Finger“ durch ein Labyrinth mit 25 Feldern führte. 1952 wurde daraus die Maus Theseus, die sich einen Weg durch den Irrgarten suchte. Das HNF hat das berühmte Experiment nachgebaut.   

Theseus hieß der antike Sagenheld, der auf der Insel Kreta den Minotaurus besiegte. Dank eines Fadens fand er aus dem Labyrinth heraus, das der böse Stiermensch bewohnte. Im 16. Jahrhundert entstanden in Italien Labyrinthe aus Hecken; später ließ auch König Ludwig XIV. von Frankreich einen solchen Irrgarten anlegen. In moderner Zeit verbreiteten sich gedruckte Labyrinthe auf den Rätselseiten von Zeitungen und Zeitschriften.

1935 baute der Psychologe Stevenson Smith in Seattle ein kleines Fahrzeug, das durch Verzweigungen rollte; einen ähnlichen Apparat schuf zwei Jahre später Hugh Bradner im US-Bundesstaat Ohio. Es waren die ersten Labyrinth-Maschinen. Sie arbeiteten aber nur die Weggabelungen ab und konnten sich keine Routen merken. 1950 ging der Mathematiker Claude Shannon das Problem an. Den Jongleur der Wissenschaft haben wir im Blog schon mehrmals erwähnt, zuletzt mit seinem grundlegenden Konzept für Schachprogramme.

Claude Shannon und die Theseus-Maus (Foto Computer History Museum)

1951 stellte Shannon auf einer Kybernetik-Tagung in New York eine Maze-Solving Machine vor; „maze“ ist der Irrgarten. Leider gibt es von dem Gerät kein Foto, der Grafik nach war es ein Portalkran, der einen „Fühlfinger“ – der Ausdruck stammt von Claude Shannon – durch ein Labyrinth mit 25 Feldern führte. Der Kran lenkte den Finger von einer frei wählbaren Startposition zu einem Ziel. Das war ein Objekt, das in einem Feld steckte. Die Maschine speicherte ihren Weg durch Relais; zu jedem Feld gehörten zwei, was zwei Bit entsprach.

Die Irrgarten-Maschine führte 1952 zur Installation Theseus. Hier saßen die Mechanik und ihre Schaltkreise in einem Kasten; auf ihm befanden sich die Wände des Labyrinths und die metallene Maus. Sie wurde von einem Elektromagneten gezogen, der sich durch den Kasten bewegte. Wenn man das Tier in ein Feld setzte, dann näherte sich der Magnet und startete die Fahrt. Geriet die Maus an eine Wand, floss ein Strom durch ihren Bart in die Box, und der Magnet drehte sie um 90 Grad. Das wiederholte sich so oft, bis sie wieder freie Bahn hatte.

In der Regel brauchte die Maus zwei Minuten vom Start bis zum Ziel; nach dem Speichern der Route schaffte sie den Weg in fünfzehn Sekunden. Theseus war ein Gemeinschaftswerk von Claude Shannon und seiner Frau Betty; beide arbeiteten in den Bell-Laboratorien im US-Bundesstaat New Jersey. Der Mäusesimulator wurde ein bekanntes Experiment in der jungen Wissenschaft der Kybernetik; das zeigen Artikel des Magazins Popular Science oder der Illustrierten LIFE. Die Bell-Labs produzierten auch einen Farbfilm; bei Minute 5:00 erklärt Shannon das Innenleben des Geräts.

Ein Blick auf Theseus; als Ziel dient eine Medaille mit Telefonpionier Alexander Graham Bell.

Claude Shannons Arbeitgeber verortete Theseus in der Telefontechnik, aber allen Beteiligten war klar, dass die Anlage zu den lernenden Automaten zählte. Wir sehen das sehr schön in einem TV-Bericht von 1954. Shannon tritt bei Minute 14:20 auf; bei Minute 3:20 rollt die Licht suchende Motte heran, die Kybernetik-Vater Norbert Wiener 1949 entwickelte. Danach erscheint Wiener selbst und sagt einige Worte über sein Geschöpf. Anschließend erläutert Jay Forrester den Computer Whirlwind des Massachusetts Institute of Technology MIT.

Über weitere Labyrinthmäuse berichtet die Internetseite Cyberneticzoo. Den Theseus-Kasten verwahrt das Museum des MIT. In Kooperation mit dem Museum und der Familie Shannon erstellte das HNF einen funktionsfähigen Nachbau, der zum 25. Geburtstag enthüllt wurde. Er verwendete moderne Mikrocontroller und ahmt auch das Ruckeln der alten Maus nach. Theseus 2.0 soll bei Führungen und Events zum Einsatz kommen. Unser Eingangsbild zeigt die HNF-Maus, aufgenommen vom Geschäftsführer Jochen Viehoff.

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