Технология блокчейн делает управление роем роботов безопасным
В новом исследовании ученые из Брюссельского университета демонстрируют потенциал технологии блокчейн, известной благодаря таким криптовалютам, как Bitcoin и Ethereum, для обеспечения координации роя роботов. В экспериментах, проведенных с реальными и смоделированными роботами, ученые показали, как технология блокчейн позволяет рою роботов нейтрализовать опасных или работающих с ошибками роботов без вмешательства человека, что дает возможность развертывания автономных и безопасных роев роботов.
Рои роботов — это системы, состоящие из множества роботов, которые взаимодействуют между собой для выполнения какой-либо задачи. Им не нужен выделенный центр управления, а коллективное поведение роя является скорее результатом локальных взаимодействий между роботами. Благодаря такой децентрализации, рои роботов могут работать независимо от внешней инфраструктуры, например, Интернета. Это делает их особенно подходящими для применения в широком спектре различных сред, таких как подземные, подводные и даже космические.
Несмотря на то, что в настоящее время роевые роботы применяются исключительно в исследовательской среде, эксперты предполагают, что в недалеком будущем такие системы будут помогать нам в повседневной жизни. Роботизированные рои могут осуществлять мониторинг окружающей среды, подводную разведку, проверку инфраструктуры и утилизацию отходов — и таким образом внести значительный вклад в переход к будущему без ископаемых, с низким уровнем загрязнения и высоким качеством жизни.
Однако, когда рои роботов будут развернуты в реальном мире, вполне вероятно, что некоторые роботы в рое сломаются (например, из-за суровых погодных условий) или даже будут взломаны. Такие роботы будут вести себя не так, как задумано, и их называют «византийскими» роботами. Недавние исследования показали, что действия очень небольшого количества таких «византийских» роботов в рое могут — подобно вирусу — распространиться в рое и тем самым вывести из строя всю систему. Несмотря на то, что вопросы безопасности имеют решающее значение для реального применения роя роботов, исследования в области безопасности в роевой робототехнике отсутствуют.
Смарт-контракты роевых роботов
В интернет-сетях от византийских пользователей, таких как хакеры, информацию удается защитить с помощью технологии блокчейн. Технология блокчейн лежит в основе биткойна: она позволяет пользователям договариваться о том, «кому что принадлежит», не требуя доверенной третьей стороны, такой как банк.
Первоначально технология блокчейн предназначалась только для обмена единицами цифровой валюты, такой как биткойн. Однако через несколько лет после выпуска биткойна в рамках Ethereum были представлены смарт-контракты на основе блокчейна: эти смарт-контракты представляют собой программный код, выполняемый в сети блокчейна. Поскольку никто не может манипулировать этим кодом или остановить его, смарт-контракты позволяют использовать принцип «код — это закон»: контракты выполняются автоматически и не нуждаются в доверенной третьей стороне, такой как суд, для приведения их в исполнение.
Однако было неясно, можно ли управлять большими роями роботов с помощью блокчейна и смарт-контрактов. Чтобы ответить на этот открытый вопрос, ученые представили комплексное исследование с реальными и смоделированными роботами в сценарии коллективного зондирования: цель роя роботов — дать оценку характеристик окружающей среды.
В экспериментах каждый робот является членом блокчейн-сети, которую поддерживают сами роботы. Роботы отправляют свои оценки характеристик окружающей среды в смарт-контракт, который является общим для всех роботов роя.
Эти оценки агрегируются смарт-контрактом, который использует их для генерирования запрашиваемой оценки характеристики окружающей среды. В этом смарт-контракте исследователи внедрили экономические механизмы, которые гарантируют, что хорошие (не византийские) роботы будут вознаграждены за отправку полезной информации, в то время как вредные византийские роботы будут наказаны. Получившаяся экономика роботов не позволяет византийским роботам участвовать в деятельности роя и влиять на его поведение.
Добавление блокчейна в рой роботов увеличивает вычислительные требования роботов, такие как использование процессора, оперативной памяти и дискового пространства. На самом деле, вопрос о том, возможно ли вообще использование программного обеспечения блокчейн в реальных роях роботов, оставался открытым. Эксперименты, проведенные в рамках данного исследования, показали, что это действительно возможно, так как вычислительные требования можно точно настроить и снизить: дополнительное использование процессора, оперативной памяти и дискового пространства оказывает незначительное влияние на производительность робота.
Успешная интеграция технологии блокчейн в рой роботов открывает путь для широкого спектра безопасных робототехнических приложений. Чтобы поддержать эти будущие разработки, исследователи выпустили свою программную базу с открытым исходным кодом.
Технология блокчэйн хорошо подходит не только для криптовалют, но и для обеспечения безопасности роботов.