Optimierung einer Zielsuche durch intelligenter aktiver Materie

• Antragsteller: Professor Dr. Hartmut Löwen; Dr. Kristian Olsen, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 572589640

Aktive Materie hat sich zu einem zentralen Bestandteil der Nichtgleichgewichtsphysik entwickelt und liefert Einblicke in das Verhalten selbstangetriebener Partikel wie Bakterien und synthetische Mikroschwimmer. Während sich ein Großteil der bestehenden Forschung auf die Charakterisierung der Dynamik, der kollektiven Bewegung und des Phasenverhaltens aktiver Systeme konzentriert, wurde deren Fähigkeit zur Durchführung von Suchprozessen, insbesondere bei bewegten Zielen, vergleichsweise wenig Aufmerksamkeit geschenkt. Es besteht dringender Bedarf an einer statistischen Theorie, die systematisch untersucht, wie die Suche nach einem bewegten Ziel durch die Steigerung der Intelligenz aktiver Agenten verbessert werden kann. Das bedeutet, dass die Agenten in der Lage sind, Informationen zu verarbeiten, sich an Umweltreize anzupassen und ihre Such- und Erkundungsleistung durch Lernen oder Gedächtnis zu verbessern. Unser Projekt adressiert dies, indem es eine strukturierte Erforschung intelligenter Suchstrategien für bewegte Ziele in aktiver Materie vorschlägt, die durch (i) die Komplexität der Intelligenz und (ii) die Anzahl der Agenten (Einzelperson vs. Schwarm) charakterisiert sind. Mithilfe minimaler theoretischer Modelle, die auf statistischer Physik und Nichtgleichgewichtsdynamik basieren, wollen wir die Prinzipien identifizieren, die eine effiziente, adaptive Zielsuche in individuellen und kollektiven aktiven Systemen steuern, und so zu einem allgemeinen Verständnis der intelligenten aktiven Materialsuche beitragen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Japan
• Partnerorganisation: Japan Society for the Promotion of Science (JSPS)
• Kooperationspartner: Professor Dr. Mitsusuke Tarama