[论文解读] Blockchain for Multi-Robot Collaboration to Combat COVID-19 and Future Pandemics

Saeed Hamood Alsamhi, Brian Lee|arXiv (Cornell University)|Oct 5, 2020

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 72被引用 22

一句话总结

这篇概念性论文提出了一种基于区块链的去中心化框架，用于多机器人协作，以在COVID-19及未来大流行期间提升自主、安全和可信的操作能力。通过利用区块链实现异构机器人之间的无信任协调、数据共享和目标对齐，该系统增强了韧性，减少了人际接触，并支持在隔离区执行消毒、配送和健康监测等关键任务。

ABSTRACT

This conceptual paper overviews how blockchain technology is involving the operation of multi-robot collaboration for combating COVID-19 and future pandemics. Robots are a promising technology for providing many tasks such as spraying, disinfection, cleaning, treating, detecting high body temperature/mask absence, and delivering goods and medical supplies experiencing an epidemic COVID-19. For combating COVID-19, many heterogeneous and homogenous robots are required to perform different tasks for supporting different purposes in the quarantine area. Controlling and decentralizing multi-robot play a vital role in combating COVID-19 by reducing human interaction, monitoring, delivering goods. Blockchain technology can manage multi-robot collaboration in a decentralized fashion, improve the interaction among them to exchange information, share representation, share goals, and trust. We highlight the challenges and provide the tactical solutions enabled by integrating blockchain and multi-robot collaboration to combat COVID-19 pandemic. The framework of our conceptual proposed can increase the intelligence, decentralization, and autonomous operations of connected multi-robot collaboration in the blockchain network. We overview blockchain potential benefits to defining a framework of multi-robot collaboration applications to combat COVID-19 epidemics such as monitoring and outdoor and hospital End to End (E2E) delivery systems. Furthermore, we discuss the challenges and opportunities of integrated blockchain, multi-robot collaboration, and the Internet of Things (IoT) for combating COVID-19 and future pandemics.

研究动机与目标

• 解决大流行紧急情况期间多机器人系统中存在的集中控制问题和信任缺失问题。
• 实现在隔离区执行多样化任务的异构机器人之间的安全、去中心化协调。
• 将区块链与机器人技术及物联网（IoT）集成，构建具有韧性、自主性和可扩展性的疫情应对系统。
• 通过分布式账本技术提升机器人操作的透明度、完整性和可追溯性。
• 为未来可应对的、具备智能能力的机器人系统奠定基础，使其能够在高风险、动态的环境中运行。

提出的方法

• 设计基于区块链的架构，以在疫情应对场景中实现多机器人系统的去中心化控制与协调。
• 利用区块链对机器人行为、任务分配和传感器数据进行安全记录，确保可审计性和可信度。
• 通过智能合约自动执行任务委派、目标共享和基于实时条件的共识机制，无需中心化权威。
• 将物联网设备与机器人集成，实现实时交换温度、口罩佩戴合规性及配送状态等数据。
• 利用许可型区块链确保在敏感医疗环境中的隐私保护、可扩展性和访问控制。
• 定义一种端到端（E2E）配送与监控框架，通过区块链追踪的机器人车队在医院和室外区域实现全程可追溯。

实验结果

研究问题

• RQ1 区块链技术如何在大流行期间实现异构机器人之间去中心化且可信的协调？
• RQ2 在实时、关键任务操作中，将区块链与多机器人系统集成面临的主要挑战是什么？
• RQ3 区块链如何在隔离和应急响应期间增强机器人操作的透明度、完整性和可追溯性？
• RQ4 区块链在实现自主机器人之间安全数据共享和目标对齐方面发挥什么作用？
• RQ5 区块链、机器人技术与物联网的集成如何构建可扩展且具有韧性的疫情应对系统？

主要发现

• 所提出的区块链框架能够在疫情应对场景中实现多机器人系统的去中心化、自主化和安全协调。
• 区块链通过提供机器人行为、任务和数据交换的不可篡改日志，增强了信任与透明度。
• 智能合约实现了无需中心化权威的动态任务委派与共识机制，提升了系统的韧性。
• 该集成支持在医院和室外区域实现端到端的配送与监控系统，并具备可验证的操作日志。
• 该框架减少了对人工操作员的依赖，从而降低了在高传染性环境中的暴露风险。
• 该概念模型展示了在未来的疫情准备中实现可扩展、智能化和安全的机器人操作的可行性。