В новом исследовании исследователи из Свободного университета Брюсселя демонстрируют потенциал технологии блокчейн, известной по таким криптовалютам, как Биткоин и Эфириум, для обеспечения координации роев роботов. В экспериментах, проведенных как с реальными, так и с моделируемыми роботами, они показывают, как технология блокчейн позволяет рою роботов нейтрализовывать вредных роботов без вмешательства человека, тем самым обеспечивая развертывание автономных и безопасных роев роботов. Их работа опубликована в журнале Science Robotics.
Рои роботов — это мультироботные системы, состоящие из множества роботов, которые сотрудничают для выполнения определенной задачи. Им не нужен центральный блок управления, но коллективное поведение роя скорее является результатом локальных взаимодействий между роботами. Благодаря такой децентрализации рои роботов могут работать независимо от внешней инфраструктуры, такой как Интернет. Это делает их особенно подходящими для применения в широком спектре различных сред, таких как подземные, подводные, морские и космические.
Несмотря на то, что современные приложения робототехники swarm демонстрируются исключительно в исследовательских целях, эксперты ожидают, что в недалеком будущем рои роботов будут поддерживать нас в повседневной жизни. Рои роботов могли бы выполнять мониторинг окружающей среды, подводные исследования, инспекцию инфраструктуры и утилизацию отходов — и таким образом внести значительный вклад в переход к будущему, свободному от ископаемых видов топлива, с низким уровнем загрязнения и высоким качеством жизни. В некоторых из этих видов деятельности рои роботов даже превзойдут людей, что приведет к более качественным результатам и обеспечит нашу безопасность.
Однако, как только рои роботов будут развернуты в реальном мире, весьма вероятно, что некоторые роботы в рое выйдут из строя (например, из-за суровых погодных условий) или даже могут быть взломаны. Такие роботы не будут вести себя так, как задумано, и называются «византийскими» роботами. Недавние исследования показали, что действия очень небольшого числа таких византийских роботов в рое могут — подобно вирусу — распространяться в рое и, таким образом, выводить из строя всю систему. Хотя вопросы безопасности имеют решающее значение для развертывания роев роботов в реальном мире, исследований в области безопасности в роевой робототехнике недостаточно.
В интернет-сетях византийским пользователям, таким как хакеры, было успешно предотвращено манипулирование информацией с помощью технологии блокчейн. Технология блокчейн — это технология, лежащая в основе биткоина: 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, такими как биткоин. Однако через несколько лет после выпуска биткоина платформа Ethereum представила смарт-контракты на основе блокчейна: эти смарт-контракты представляют собой программный код, выполняемый в сети блокчейнов. Поскольку никто не может манипулировать этим кодом или остановить его, смарт-контракты обеспечивают 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, исследователи представили всестороннее исследование с использованием как реальных, так и смоделированных роботов в сценарии коллективного зондирования: цель роя роботов — дать оценку характеристикам окружающей среды.
Для этого роботам необходимо произвести выборку окружающей среды, а затем согласовать значение признака. В экспериментах каждый робот является участником блокчейн-сети, поддерживаемой самими роботами. Роботы отправляют свои оценки характеристик окружающей среды в смарт-контракт, который является общим для всех роботов в рое.
Эти оценки агрегируются смарт-контрактом, который использует их для генерации запрошенной оценки объекта 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. Возникающая в результате роботизированная экономика не позволяет византийским роботам участвовать в деятельности роя и влиять на его поведение.
Добавление блокчейна в рой роботов увеличивает вычислительные требования к роботам, такие как использование центрального процессора, оперативной памяти и дискового пространства. Фактически, оставался открытым вопрос о том, возможно ли вообще запустить блокчейн-программное обеспечение на реальных роях роботов. Эксперименты этого исследования показали, что это действительно возможно, поскольку вычислительные требования управляемы: использование дополнительного процессора, оперативной памяти и дискового пространства оказывает незначительное влияние на производительность робота.
Эта успешная интеграция технологии блокчейн в рои роботов прокладывает путь для широкого спектра безопасных роботизированных приложений. Чтобы способствовать этим будущим разработкам, исследователи выпустили свои программные платформы с открытым исходным кодом.