доктор Фолькер Штробель, научный сотрудник; профессор Марко Дориго, директор по исследованиям FRS-FNRS; и Александр Пачеко, докторант. Исследователи из Свободного университета Брюсселя, Бельгия. Предоставлено: IRIDIA, Свободный университет Брюсселя.

В новое исследование, мы демонстрируем потенциал технологии блокчейн, известной по таким криптовалютам, как Биткойн и Эфириум, для обеспечения координации роев роботов. В экспериментах, проведенных как с реальными, так и с смоделированными роботами, мы показываем, как технология блокчейна позволяет рою роботов нейтрализовать вредоносных роботов без вмешательства человека, что позволяет развертывать автономные и безопасные рои роботов.

Рои роботов — это системы с несколькими роботами, состоящие из множества роботов, которые сотрудничают друг с другом для выполнения задачи. Им не нужен центральный блок управления, но коллективное поведение роя скорее является результатом локальных взаимодействий между роботами. Благодаря этой децентрализации рои роботов могут работать независимо от внешней инфраструктуры, такой как Интернет. Это делает их особенно подходящими для применения в самых различных средах, таких как под землей, под водой, на море и в космосе.

Несмотря на то, что текущие приложения робототехники роя демонстрируются исключительно в исследовательских средах, эксперты ожидают, что в недалеком будущем рои роботов будут поддерживать нас в нашей повседневной жизни. Рои роботов могут осуществлять мониторинг окружающей среды, подводные исследования, осмотр инфраструктуры и управление отходами — и, таким образом, внести значительный вклад в переход к будущему без ископаемых видов топлива с низким уровнем загрязнения и высоким качеством жизни. В некоторых из этих действий рои роботов даже превзойдут людей, что приведет к более качественным результатам и обеспечит нашу безопасность.

Однако после развертывания роя роботов в реальном мире весьма вероятно, что некоторые роботы в рое сломаются (например, из-за суровых погодных условий) или даже могут быть взломаны. Такие роботы не будут вести себя так, как задумано, и их называют «византийскими» роботами. Недавние исследования показали, что действия очень незначительного меньшинства таких византийских роботов в рое могут — подобно вирусу — распространяться в рое и тем самым разрушать всю систему. Хотя вопросы безопасности имеют решающее значение для реального развертывания роев роботов, исследования безопасности в роевой робототехнике отсутствуют.

В интернет-сетях византийским пользователям, таким как хакеры, удалось предотвратить манипулирование информацией с помощью технологии блокчейна. Технология Blockchain — это технология, лежащая в основе Биткойн: она позволяет пользователям договариваться о том, «кому что принадлежит», не требуя доверенной третьей стороны, такой как банк. Первоначально технология блокчейна предназначалась только для обмена единиц цифровой валюты, такой как биткойн. Однако через несколько лет после выпуска Биткойна фреймворк Ethereum представил смарт-контракты на основе блокчейна: эти смарт-контракты представляют собой программный код, выполняемый в сети блокчейн. Поскольку никто не может манипулировать этим кодом или остановить его, смарт-контракты обеспечивают «код — это закон»: контракты выполняются автоматически и не требуют доверенной третьей стороны, такой как суд, для обеспечения соблюдения.

До сих пор было неясно, можно ли контролировать большие стаи роботов с помощью блокчейна и смарт-контрактов. Чтобы ответить на этот открытый вопрос, мы представили всестороннее исследование как реальных, так и смоделированных роботов в сценарии коллективного восприятия: цель роя роботов — дать оценку характеристик окружающей среды. Для этого роботы должны протестировать окружающую среду, а затем согласовать значение функции. В наших экспериментах каждый робот является членом сети блокчейнов, поддерживаемой самими роботами. Роботы отправляют свои оценки характеристик окружающей среды в смарт-контракт, который используется всеми роботами в рое. Эти оценки агрегируются смарт-контрактом, который использует их для создания запрошенной оценки функции среды. В этом смарт-контракте мы внедрили экономические механизмы, которые гарантируют, что хорошие (не византийские) роботы вознаграждаются за отправку полезной информации, а вредные византийские роботы наказываются. Возникшая в результате экономика роботов не позволяет византийским роботам участвовать в действиях роя и влиять на поведение роя.

Добавление блокчейна в рой роботов увеличивает вычислительные требования роботов, такие как использование ЦП, ОЗУ и дискового пространства. Фактически, это был открытый вопрос, возможно ли вообще запустить программное обеспечение блокчейна на реальных роях роботов. Наши эксперименты показали, что это действительно возможно, поскольку требования к вычислительным ресурсам управляемы: использование дополнительного ЦП, ОЗУ и дискового пространства оказывает незначительное влияние на производительность робота. Эта успешная интеграция технологии блокчейна в рои роботов прокладывает путь для широкого спектра безопасных роботизированных приложений. Чтобы способствовать этим будущим разработкам, мы выпустили наши программные платформы с открытым исходным кодом.