Zelluläre Automaten als Werkzeug zur Simulation in der Biologie und im Straßenverkehr

Automatentheorie – wirklich nur graue Theorie? Nicht nur...

Egal ob Mensch, Tier oder Pflanze, alle Lebewesen bestehen aus einzelnen Zellen. Hier ist die Zellteilung ein wichtiger biologischer Vorgang für ein stetiges Wachstum. Aus einer Zelle bilden sich zwei eigenständige Zellen. Aber wie schnell vermehren sich diese Zellen? Wie sieht es aus, wenn sich eine Zelle vermehrt, ausgehend von unterschiedlichen Zellformen?

Gerade noch wunderbar konstante 120km/h auf der Autobahn gefahren, taucht ein Auto mit Warnblinkanlage auf - ein Stau! Aber woher? Weit und breit ist keine Ursache dafür ausfindig zu machen. Die meisten Autofahrer fragen sich spätestens auf dem Weg in den Urlaub immer wieder, warum es überhaupt zu Staus kommt, die scheinbar einfach aus dem Nichts auftauchen.

Und was hat das mit Informatik zu tun? In diesem Modul wird den Schülerinnen und Schülern ein Einblick in die Simulation einer Zellvermehrung sowie die Simulation des Straßenverkehrs mit Hilfe sogenannter zellulärer Automaten ermöglicht. Zwei so unterschiedliche Themenbereiche, die trotzdem beide anhand der Informatik beleuchtet werden können.

Die Automatentheorie ist also nicht immer nur graue Theorie. Simulationen von selbstreplizierenden Organismen, von Gasen und Flüssigkeiten oder auch eine Simulation des Straßenverkehrs sind beispielsweise mit Hilfe zellulärer Automaten realisierbar. Es können elementare Regeln formuliert werden, die durch eine Anwendung auf einzelne Zellen diese komplexen Simulationen erzeugen und uns einen Blick in die Zukunft erlauben.