[論文レビュー] Power Markets for Controlling Smart Matter

Oliver Guenther, Tad Hogg+1 more|ArXiv.org|Mar 7, 1997

Modular Robots and Swarm Intelligence参考文献 19被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、埋め込まれたセンサ、プロセッサ、アクチュエータを備えたスマートマター（スマート物質）のための市場ベースのマルチエージェント制御システムを提案する。このシステムにより、不安定な状態に近い配置でも安定した動作が可能になる。制御行動を市場取引として扱い、エージェントが必要に応じて影響力をめぐって入札することで、グローバルなシステムモデルを必要とせず、アクチュエータの故障があっても安定性を保つことが可能である。

ABSTRACT

Embedding microscopic sensors, computers and actuators into materials allows physical systems to actively monitor and respond to their environments. This leads to the possibility of creating smart matter, i.e., materials whose properties can be changed under program control to suit varying constraints. A key difficulty in realizing the potential of smart matter is developing the appropriate control programs. We present a market-based multiagent solution to the problem of maintaining a physical system near an unstable configuration, a particularly challenging application for smart matter. This market control leads to stability by focussing control forces in those parts of the system where they are most needed. Moreover, it does so even when some actuators fail to work and without requiring the agents to have a detailed model of the physical system.

研究の動機と目的

• スマートマター（埋め込まれたセンサ、プロセッサ、アクチュエータを備えた、特性を動的に変更可能な材料）の制御という課題に対処すること。
• 不安定な均衡点の周辺で物理的システムを維持するためのスケーラブルで分散型の制御メカニズムを開発すること。
• エージェントが物理システムの完全なモデルを保持していなくても、アクチュエータの故障が発生してもシステムの安定性を保証すること。
• 市場メカニズムを用いて、制御力を最も必要な場所に集中させることで、制御力の効率的割り当てを実現すること。

提案手法

• 制御問題を、アクチュエータを表すエージェントが制御力を適用する権利を入札する分散型市場としてモデル化する。
• エージェントは局所的な情報を用いて、目的状態からの偏差の大きさを評価し、その必要度に基づいて入札を行う。
• 制御力は入札額が最も高いエージェントに割り当てられ、特に深刻な領域に優先的に干渉が行われる。
• 市場メカニズムにより、リアルタイムで制御作業の再配分が行われ、状況の変化や故障に対応できる。
• グローバルな物理システムのモデルを必要とせず、局所的なセンシングと入札行動に依存して動作する。
• フィードバック駆動の市場ダイナミクスにより、制御行動が最も効果的な場所に集中することで安定性が達成される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 グローバルなモデルがなくても、分散型エージェントが不安定な均衡点の周辺で物理的システムを安定化できるか？
• RQ2 不確実性が存在する状況下でも、市場ベースのメカニズムが制御力を効果的に割り当て、システムの偏差を最小限に抑えられるか？
• RQ3 一部のアクチュエータが故障したり信頼性が低下しても、システムは安定性を保てるか？
• RQ4 局所的な入札が、スマートマターにおけるグローバルなシステム安定性を達成する上で果たす役割は何か？
• RQ5 スマートマターの応用において、市場メカニズムは中央集権的制御を上回る耐障害性とスケーラビリティを実現できるか？

主な発見

• 市場ベースの制御メカニズムは、制御力を最も必要な場所に動的に集中させることで、不安定な均衡点の周辺でのシステム安定化に成功している。
• 最大30％のアクチュエータが故障してもシステムの安定性が維持されるため、高い故障耐性を示している。
• エージェントが物理システムの詳細なモデルを保持していなくても、局所フィードバックに依存するだけで安定性が達成される。
• 市場メカニズムにより、制御リソースの効率的かつ適応的割り当てが可能となり、全体のシステム偏差が低減される。
• 分散型の性質と局所的意思決定により、大規模システムへのスケーリングにも適している。
• シミュレーション結果から、市場ベースのシステムは、故障状況下でも従来のフィードバック制御を上回る耐障害性と適応性を示している。