Was ist Braitenberg?
Valentino Braitenberg war ein Neurowissenschaftler der zeigte: Man braucht kein Gehirn um sich wie ein Lebewesen zu verhalten. Zwei Sensoren, zwei Motoren, eine Verbindungsregel — und schon entsteht Angst, Liebe oder Neugier.
Das Grundprinzip: ☀ Lichtquelle → Sensor misst Helligkeit → Motor dreht schneller oder langsamer → Vehikel bewegt sich. Je nach Verbindungsregel entsteht völlig unterschiedliches Verhalten.
So startest du
1
Simulation starten
Klicke auf ▶ Starten in der Leiste unten. Das Vehikel beginnt sich zu bewegen.
2
Licht verschieben
Ziehe die gelbe Sonne ☀ auf dem Canvas. Das Vehikel reagiert sofort.
3
Vehikel-Typ wechseln
In der linken Sidebar: Stufe 1 → Typ wählen. Beobachte wie sich das Verhalten ändert.
4
Detektivmodus
Klicke 🔍 Detektiv. Der Schaltplan wird verborgen — kannst du erraten wie das Vehikel verschaltet ist?
5
Selbst bauen
Klicke 🔧 Selbst bauen und wähle Sensortyp, Verschaltung und Verbindungsart selbst.
Steuerung auf einen Blick
| Aktion | Maus | Touchscreen (iPad) |
|---|
| Quelle setzen | Klick auf leere Fläche | Tippen |
| Quelle verschieben | Ziehen | Ziehen |
| Quelle entfernen | Rechtsklick | Lang drücken (0.6s) |
| Vehikel verschieben | Ziehen | Ziehen |
| Vehikel umbenennen | Doppelklick auf Namen | Doppeltippen |
Die Vehikel
Alle Vehikel haben zwei Sensoren (links und rechts) und zwei Motoren. Was sie unterscheidet ist die Verbindungsregel zwischen Sensor und Motor.
Stufe 1 — Die vier Grundtypen
😨
2a · Angsthase
Gleichseitig · Aktivierend
Viel Licht links → linker Motor schnell → dreht nach rechts → weg vom Licht. Flieht immer.
😡
2b · Aggressiv
Gekreuzt · Aktivierend
Viel Licht links → rechter Motor schnell → dreht nach links → auf das Licht zu. Greift an.
😍
3a · Verliebt
Gleichseitig · Hemmend
Viel Licht → Motor langsamer. Nähert sich dem Licht, bremst ab, bleibt davor stehen.
🤔
3b · Neugierig
Gekreuzt · Hemmend
Fährt auf Licht zu, dreht dabei in Bögen, umkreist die Quelle.
🔬
Biologische Analogie: Angsthase = Motte die vor Feuer flieht. Verliebt = Käfer der auf einer Blüte landet. Neugierig = Schmetterling der Blumen umkreist. Dieselben Grundprinzipien wie bei echten Tieren!
Stufe 2 — Erweiterungen
| Vehikel | Besonderheit | Biologisches Vorbild |
|---|
| ⚡ Schwellenwert | Reagiert erst ab einer Mindesthelligkeit — wie eine Nervenzelle | Reflex-Reaktion |
| 🐝 Zwei-Stimulus | Licht zieht an, Hindernisse stoßen ab — zwei Reize gleichzeitig | Biene: Blüte suchen, Hindernisse meiden |
Stufe 3 — Komplexes Verhalten
| Vehikel | Besonderheit | Biologisches Vorbild |
|---|
| 🐀 Curiosity | Erkundet im Dunkeln, zielt im Hellen | Erkundungsverhalten von Nagern |
| 🌙 Adaptation | Gewöhnt sich an bekannte Quellen, sucht neue | Gewöhungseffekt (Habituation) |
Detektiv-Aufgabe: Schalte 🔍 Detektivmodus ein. Beobachte nur das Verhalten — kannst du erraten ob die Verschaltung gleichseitig oder gekreuzt ist? Decke den Schaltplan erst auf wenn du eine Vermutung hast.
Sensortypen
Nicht nur die Verschaltung bestimmt das Verhalten — auch der Sensortyp spielt eine entscheidende Rolle. Gleiche Drähte, anderer Sensor, völlig anderes Verhalten.
Die fünf Sensortypen
☀
Licht · Phototaxis
Gerichtet. Nah = starkes Signal. Linear. Klassischer Braitenberg-Sensor. Quellen: gelbe Sonne.
🌡
Wärme · Thermotaxis
Gerichtet. Nah = starkes Signal. Biologisch: Schlangen haben Wärmerezeptoren. Quellen: orange Flamme.
🔊
Lautstärke · Phonotaxis
Omnidirektional — kein Lenkeffekt, nur Geschwindigkeit. Beide Seiten messen gleich. Quellen: blaue Welle.
📡
Abstand · Ultraschall
Umgekehrt zu Licht: nah = schwaches Signal! Gleiche Verschaltung wie Angsthase → nähert sich. Quellen: lila Objekte.
🤚
Berührung · Tastreflex
Reagiert erst bei <25px Distanz. Starker Rückzug-Impuls. Reagiert auf alle Quellen.
Experiment: Baue zwei Vehikel mit identischer Verschaltung (gleichseitig · aktivierend) — einmal mit Licht, einmal mit Abstand-Sensor. Das eine flieht, das andere nähert sich. Gleiche Drähte, anderer Sensor!
| Sensor | Quelle setzen | Farbe |
|---|
| ☀ Licht | Klick (immer) | Gelb |
| 🌡 Wärme | Klick (wenn Wärme aktiv) | Orange |
| 🔊 Schall | Klick (wenn Schall aktiv) | Blau |
| 📡 Abstand | Klick (wenn Abstand aktiv) | Lila |
Selbst bauen
Im freien Baumodus baust du ein eigenes Vehikel von Grund auf. Du entscheidest alles.
Die vier Schritte
1
Sensortyp wählen
Licht, Wärme, Lautstärke, Abstand oder Berührung. Jeder Typ reagiert auf andere Quellen und hat andere physikalische Eigenschaften.
2
Verschaltung wählen
Gleichseitig: linker Sensor → linker Motor. Gekreuzt: linker Sensor → rechter Motor. Bestimmt die Drehrichtung.
3
Verbindungsart wählen
Aktivierend: mehr Signal = schnellerer Motor. Hemmend: mehr Signal = langsamerer Motor.
4
Zweiter Sensor (optional)
Wirkt additiv. Zwei konkurrierende Reize — z.B. Licht zieht an, Berührung stößt ab.
| Verschaltung | Verbindung | Verhalten | Entspricht |
|---|
| Gleichseitig | Aktivierend | Flieht von der Quelle | Angsthase 2a |
| Gekreuzt | Aktivierend | Fährt direkt auf Quelle zu | Aggressiv 2b |
| Gleichseitig | Hemmend | Bleibt bei der Quelle stehen | Verliebt 3a |
| Gekreuzt | Hemmend | Umkreist die Quelle | Neugierig 3b |
💡
Forschungsaufgabe: Baue ein Vehikel mit Abstand-Sensor und gleichseitig+aktivierend. Was passiert? Vergleiche mit Licht-Sensor und gleicher Verschaltung. Erkläre den Unterschied mit eigenen Worten.
Evolution
Im Evolutionsmodus baust du kein Vehikel selbst — die Natur tut es. Viele zufällige Vehikel fahren los, die besten pflanzen sich fort, und nach vielen Generationen entsteht ein Vehikel das von alleine gelernt hat.
Was ist eine DNA?
Jedes Vehikel trägt eine DNA – eine kurze Liste von Eigenschaften. Im einfachsten Modus (nur Licht) sind es drei Gene:
🔀
Gen 1 · Verschaltung
Gleichseitig oder gekreuzt — bestimmt die Lenkrichtung
Gleichseitig =
Linker Sensor → linker Motor. Licht von links? Linker Motor schneller → dreht rechts → weg vom Licht.
Sensor L ──→ Motor L
Sensor R ──→ Motor R
Gekreuzt ×
Linker Sensor → rechter Motor. Licht von links? Rechter Motor schneller → dreht links → zum Licht hin.
Sensor L ──╲ Motor L
Sensor R ──╱ Motor R
⚡
Gen 2 · Verbindung
Aktivierend oder hemmend — wie reagiert der Motor auf das Signal?
Aktivierend +
Mehr Licht → Motor dreht schneller. Nah an der Quelle → Vollgas. Das Vehikel beschleunigt beim Reiz.
Hemmend −
Mehr Licht → Motor dreht langsamer. Nah an der Quelle → bremst ab. Das Vehikel verlangsamt beim Reiz.
Kombination entscheidet: Gekreuzt + aktivierend → fährt auf Licht zu (Aggressiv 2b). Gleichseitig + hemmend → bleibt beim Licht stehen (Verliebt 3a). Erst Verschaltung und Verbindung zusammen ergeben das fertige Verhalten.
⚖
Gen 3 · Sensor-Gewicht
0 bis 1 — wie laut „spricht" dieser Sensor zum Motor?
0.0
Sensor stumm — Reiz wird ignoriert
0.3
Schwache Reaktion — dreht sich leicht
0.7
Starke Reaktion — wendet sich klar zur Quelle
1.0
Maximale Empfindlichkeit — sofortige Kurskorrektur
Wenn mehrere Sensoren aktiv sind (z.B. Licht und Wärme), entscheidet das Gewicht wer „gewinnt". Ein Vehikel mit Licht-Gewicht 0.85 und Wärme-Gewicht 0.30 folgt hauptsächlich dem Licht — und weicht Wärme nur leicht aus.
Bei Umgebungen mit Wärme oder Hindernissen kommen weitere Gene hinzu — für jeden aktiven Sensortyp einen eigenen Satz.
Wie funktioniert die Selektion?
1
Fitness messen
Jedes Vehikel fährt 5 Sekunden lang. Pro Bild wird gemessen wie nah es dem Licht ist — je näher, desto mehr Fitness-Punkte sammelt es. Das Vehikel wird von mehreren Startpositionen aus bewertet damit der Zufall keine Rolle spielt.
Wärme und Hindernisse beeinflussen die Fitness nur wenn du sie unter „Umwelt" aktiviert hast. Im Standard-Modus zählt nur die Lichtnähe.
2
Die Besten überleben
Die besten 30% der Vehikel werden als Eltern ausgewählt. Die übrigen sterben aus — ihre Eigenschaften verschwinden aus der Population. Die Eliten überleben dabei unverändert in die nächste Generation.
3
Kreuzung — Beispiel
Zwei Eltern geben ihre Gene weiter. Jedes einzelne Gen kommt zufällig von Elternteil A oder von Elternteil B:
ELTERNTEIL A
gekreuzt ×
aktivierend +
Gewicht 0.9
+
ELTERNTEIL B
gleichseitig =
hemmend −
Gewicht 0.4
→
KIND
gekreuzt × ← A
hemmend − ← B
Gewicht 0.9 ← A
Das Kind hat eine neue Kombination: gekreuzt + hemmend → das ist Neugierig 3b, das weder A noch B hatte. So entstehen in der Evolution völlig neue Verhaltensweisen.
4
Mutation — Beispiel
Nach der Kreuzung kann jedes Gen mit kleiner Wahrscheinlichkeit (12%) zufällig kippen. Das verhindert dass alle Vehikel gleich werden:
VOR MUTATION
gekreuzt ×
hemmend −
Gewicht 0.9
→
NACH MUTATION
gekreuzt × unverändert
aktivierend + ⚡ mutiert!
Gewicht 0.85 leicht verändert
Das Verbindungs-Gen ist von hemmend auf aktivierend geflippt. Ergebnis: gekreuzt + aktivierend = Aggressiv 2b — fährt direkt auf das Licht zu. Eine kleine Zufallsänderung kann ein völlig anderes Verhalten erzeugen.
Die vier Umgebungen
| Szenario | Was lernt die Evolution? | Erwartetes Ergebnis |
|---|
| ☀ Nur Licht | Wie findet man Licht? | Aggressiv (2b) oder Verliebt (3a) dominiert |
| ☀+🌡 Licht+Wärme | Licht suchen UND Wärme meiden | Licht aktivierend, Wärme hemmend |
| ☀+📡 Parcours | Hindernisse umfahren | Abstand-Gewicht steigt an |
| 🌍 Volle Kompl. | Alle drei Reize abwägen | Alle Sensoren mit unterschiedlichen Rollen |
Verbindung zu KI: Neuronale Netze lernen nach demselben Prinzip — nur mit Milliarden Parametern statt drei Genen, und mit Backpropagation statt biologischer Selektion. Braitenberg-Evolution ist der einfachstmögliche Einstieg in maschinelles Lernen.
Hinweise für Lehrkräfte
Diese Simulation ist für Schülerinnen ab Klasse 5 (ca. 10 Jahre) konzipiert. Sie verbindet Informatik, Biologie und Physik spielerisch.
Lehrplanbezüge
| Fach | Klasse | Thema |
|---|
| Informatik | 5–7 | Algorithmen, Sensor-Aktor-Prinzip, einfache Regelkreise |
| Biologie | 5–6 | Reiz-Reaktion, Taxis und Kinesis, Sinnesorgane |
| Biologie | 8–9 | Nervenzellen, Schwellenwert, Adaptation |
| Physik | 6–8 | Schall, Licht, Wärme als messbare Größen |
| Informatik | 9–11 | Genetische Algorithmen, maschinelles Lernen |
Empfohlene Unterrichtsstruktur (45 Min.)
1
Einführung (5 Min.)
Frage stellen: „Kann eine Maschine Angst haben?" Meinungen sammeln. Noch keine Antwort geben.
2
Geführte Tour (10 Min.)
Alle Schülerinnen starten die Tour gleichzeitig. Beamer-Modus ⛶ aktivieren für gemeinsame Ansicht.
3
Freies Erkunden (20 Min.)
Stufe 1 durcharbeiten, Beobachtungen auf dem Arbeitsblatt festhalten. Detektivmodus: Schaltplan verbergen, Vermutung aufschreiben, dann aufdecken.
4
Selbst bauen (8 Min.)
Aufgabe: „Baue ein Vehikel das sich dem Licht nähert, aber nicht hineinfährt."
5
Abschlussdiskussion (2 Min.)
Rückkehr zur Eingangsfrage. Braitenbergs Antwort: Das Verhalten sieht aus wie Angst — aber es sind nur Drähte.
Praxistipps
⛶
Beamer-Modus: Klicke ⛶ — Sidebar und Leiste werden ausgeblendet, nur der Canvas bleibt. Ideal für gemeinsame Unterrichtssituationen.
📱
iPad: Vollständig Touch-tauglich. Hochformat: ☰ zum Ausblenden der Sidebar. Lang drücken zum Entfernen von Quellen.
🌐
Offline: braitenberg.html funktioniert komplett offline. Auf Schüler-Rechner kopieren, Doppelklick — fertig.
📄
Arbeitsblatt: Das PDF braitenberg_arbeitsblatt.pdf passt zur Simulation mit Feldern für alle vier Grundvehikel.
Braitenberg, V. (1984). Vehicles: Experiments in Synthetic Psychology. MIT Press. — Vehikel 2a, 2b, 3a, 3b entsprechen direkt Braitenbergs Originalbeschreibungen. Evolution basiert auf BRAVE (BRAitenberg Vehicles Evolution) und Pae & Krichmar (2025).