[논문 리뷰] Controlling Robots using Artificial Intelligence and a Consortium Blockchain

Vasco Lopes, Luı́s A. Alexandre외 1명|ArXiv.org|2019. 03. 02.

Blockchain Technology Applications and Security참고 문헌 27인용 수 26

한 줄 요약

이 논문은 스마트 컨트랙트와 오라클을 사용해 AI가 생성한 데이터를 처리함으로써 블록체인 기반의 모듈러한 아키텍처를 제안하며, UR3 로봇의 실시간 속도 제어를 성공적으로 구현한다. 이 시스템은 콈노르샤 블록체인에 로봇 이벤트와 제어 로직을 저장하여 변하지 않는 성격, 탈중앙화, 그리고 부인 불가능성을 보장한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 협업 및 산업 환경에서 특히 보안성, 감사 가능성, 탈중앙화된 제어 메커니즘이 부족한 로봇 시스템 문제를 해결하기 위해.
• 외부 데이터 프로세서(오라클)를 통해 인공지능과 블록체인 기술을 통합함으로써 실시간으로 신뢰할 수 있는 로봇 제어를 가능하게 하기 위해.
• 특수한 로봇 하드웨어가 필요 없이 작업 분배, 행동 적응, 안전한 로깅을 지원하는 모듈러하고 확장 가능한 아키텍처를 제공하기 위해.
• 콘sortium 블록체인을 사용해 로봇 이벤트 저장 및 스마트 컨트랙트를 통한 제어 로직 실행을 위한 탈중앙화된 레지스트리로의 적용 가능성을 입증하기 위해.

제안 방법

• 시스템은 로봇 이벤트, 센서 데이터, 제어 결정을 기록하기 위해 탈중앙화된 투명한 레지스트리로 콈노르샤 블록체인을 사용한다.
• 오라클은 카메라에서 온 이미지와 같은 외부 데이터를 인공지능 알고리즘을 사용해 처리하고 결과를 블록체인에 피드백한다.
• 블록체인 상의 스마트 컨트랙트는 오라클이 제공한 데이터를 해석하고 사전 정의된 로직에 따라 로봇 동작을 트리거한다.
• 이 아키텍처는 모듈러하여 다양한 데이터 유형(예: 이미지 분석, 로그 처리)에 대응하는 새로운 오라클과 행동 제어를 위한 새로운 스마트 컨트랙트를 통합할 수 있다.
• 시스템은 블록체인에서 실시간으로 얻은 데이터를 활용해 도착하는 재료의 빈도에 따라 로봇 속도를 동적으로 조정한다.
• 산업 환경에서 지연 시간을 줄이고 검증 속도를 향상시키기 위해 개인용 허가 기반 블록체인 환경을 사용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 초다르한 블록체인을 사용해 로봇 시스템에 대해 보안성, 변하지 않는 성격, 탈중앙화된 제어 계층을 효과적으로 제공할 수 있는가?
• RQ2 예: 이미지 분석 등 AI 기반의 데이터 처리는 어떻게 블록체인 프레임워크 내에서 오라클을 통해 로봇 제어에 안전하게 통합될 수 있는가?
• RQ3 블록체인 상의 스마트 컨트랙트가 외부 데이터 입력에 기반해 실시간으로 동적으로 로봇 행동을 조정할 수 있는가?
• RQ4 제안된 아키텍처는 다양한 로봇 응용 분야에서 모듈성, 확장성, 적응 가능성에 얼마나 잘 기여하는가?
• RQ5 재료 도착 시간이 변동하는 경우, 예를 들어 도착 빈도가 변동할 때 시스템은 일관성과 반응성 유지가 가능한가?

주요 결과

• 제안된 아키텍처는 재료 도착 리듬에 기반한 실시간 속도 조정을 통해 UR3 로봇이 픽업 앤 플레이스 작업을 성공적으로 제어하였다.
• 재료 도착 간격이 다양할 경우(예: n = 5초에서 40초까지), 시스템은 일관된 제어를 유지하였으며, 로봇 속도가 효율성을 유지하도록 동적으로 조정되었다.
• 재료 도착 빈도가 높을 경우(n=5초), 로봇의 속도는 1회 이동당 2초로 조정되었고, 간격이 길어질수록(n=40초) 이동당 6초로 증가하여 반응성의 가능성을 입증하였다.
• 실험 D에서는 각 사이클마다 n이 증가함에 따라 로봇이 더 자주 멈추게 되었으며(속도 = 0), 이는 시스템이 변화하는 조건을 감지하고 반응할 수 있음을 보여주었다.
• 여러 차례 5분 동안의 테스트 런을 통해 일관되고 반복 가능한 행동을 기록하여 신뢰성과 안정성을 확인하였다.
• 아키텍처는 확장 가능하고 모듈러한 성격을 입증하였으며, 핵심 컴포넌트를 변경하지 않고도 새로운 오라클과 스마트 컨트랙트를 통합할 수 있었다.