[論文レビュー] Controlling Robots using Artificial Intelligence and a Consortium Blockchain

Vasco Lopes, Luı́s A. Alexandre+1 more|ArXiv.org|Mar 2, 2019

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 27被引用数 26

ひとこと要約

本論文は、スマートコントラクトとオラクルを用いてAI生成データを処理する、モジュラーでブロックチェーンベースのアーキテクチャを提案し、ピックアンドプレースタスクにおけるUR3ロボットのリアルタイム速度制御を実証した。このシステムは、共同ブロックチェーンにロボットイベントと制御論理を記録することにより、改ざん不能性、分散性、否認不能性を確保する。

ABSTRACT

Blockchain is a disruptive technology that is normally used within financial applications, however it can be very beneficial also in certain robotic contexts, such as when an immutable register of events is required. Among the several properties of Blockchain that can be useful within robotic environments, we find not just immutability but also decentralization of the data, irreversibility, accessibility and non-repudiation. In this paper, we propose an architecture that uses blockchain as a ledger and smart-contract technology for robotic control by using external parties, Oracles, to process data. We show how to register events in a secure way, how it is possible to use smart-contracts to control robots and how to interface with external Artificial Intelligence algorithms for image analysis. The proposed architecture is modular and can be used in multiple contexts such as in manufacturing, network control, robot control, and others, since it is easy to integrate, adapt, maintain and extend to new domains.

研究の動機と目的

• 共同作業や産業環境において、セキュアで監査可能かつ分散型の制御メカニズムが不足している問題に対処すること。
• 外部データプロセッサ（オラクル）を通じて人工知能とブロックチェーン技術を統合し、信頼性の高いリアルタイムロボット制御を実現すること。
• 特別なロボットハードウェアを必要とせず、タスクの分散、行動の適応、セキュアなログ記録を可能にするモジュラーで拡張可能なアーキテクチャを提供すること。
• 共同ブロックチェーンを分散型レジストリとして活用し、ロボットイベントの記録とスマートコントラクトによる制御論理の実行が可能であることを実証すること。

提案手法

• システムは、ロボットイベント、センサデータ、制御意思決定を記録する改ざん防止レジストリとしての共同ブロックチェーンを採用する。
• オラクルは、カメラからの画像などの外部データをAIアルゴリズムで処理し、その結果をブロックチェーンにフィードバックする。
• ブロックチェーン上に配置されたスマートコントラクトは、オラクルが提供するデータを解釈し、事前に定義された論理に従ってロボットの動作をトリガーする。
• アーキテクチャはモジュラーであり、画像分析やログ処理などの異なるデータタイプに対応する新しいオラクルや、行動制御用の新しいスマートコントラクトの統合が可能である。
• システムは、入ってくる素材の到着レートに応じてロボットの速度を動的に調整し、ブロックチェーンからのリアルタイムデータを活用して制御ポリシーを実装する。
• 産業環境における遅延低減と検証速度向上を目的として、プライベートで許可型のブロックチェーン環境を採用する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 共同ブロックチェーンを用いることで、セキュアで改ざん不能かつ分散型の制御レイヤーをロボットシステムに効果的に提供できるか？
• RQ2 画像分析などのAI駆動型データ処理を、ブロックチェーンフレームワーク内でのオラクルを介して、どのようにセキュアにロボット制御に統合できるか？
• RQ3 ブロックチェーン上のスマートコントラクトが、外部データ入力に基づいてリアルタイムで動的にロボット行動を調整できるか？
• RQ4 提案されたアーキテクチャが、さまざまなロボットアプリケーションにおいて、モularity、拡張性、適応性をどの程度サポートできるか？
• RQ5 素材の到着レートが変動するような状況下でも、システムが一貫性と応答性を維持できるか？

主な発見

• 提案されたアーキテクチャは、素材の到着リズムに応じたリアルタイム速度調整を伴い、ピックアンドプレースタスクにおけるUR3ロボットの制御に成功した。
• 素材到着インターバルを5秒から40秒に変化させた実験において、システムは一貫した制御を維持し、ロボット速度が効率を保つように動的に適応した。
• 素材到着が頻繁な場合（n=5秒）にはロボット速度を2秒/移動に調整し、間隔が長い場合（n=40秒）には6秒/移動に増加させた。これは、システムの応答性を示している。
• 実験Dでは、nがサイクルごとに増加したが、その結果ロボットはより頻繁に停止（速度=0）するようになり、システムが変化する状況を検出し、それに適応できることを示した。
• 複数回の5分間テストランにおいて、一貫性があり再現可能な動作を示し、信頼性と安定性を確認した。
• アーキテクチャは拡張可能かつモジュラーであることが実証され、コアコンponentsを変更せずに新しいオラクルやスマートコントラクトの統合が可能であった。