30/06/2023
Door Ad Spijkers
Robotzwermen neutraliseren schadelijke 'Byzantijnse' robots met behulp van een op blockchain gebaseerde tokeneconomie.
Blockchain-technologie is bekend van cryptomunten als Bitcoin en Ethereum. Onderzoekers van de Université Libre de Bruxelles hebben het potentieel van deze technologie gedemonstreerd om de coördinatie van robotzwermen te beveiligen. In experimenten met zowel echte als gesimuleerde robots lieten we zien hoe een robotzwerm zonder menselijke tussenkomst schadelijke robots kan neutraliseren blockchain-technologie. Hierdoor is de inzet van autonome en veilige robotszwermen mogelijk.
Robotzwermen
Robotzwermen bestaan uit veel robots die samenwerken om een taak uit te voeren. Ze hebben geen centrale besturingseenheid nodig, maar het collectieve gedrag van de zwerm is veeleer het resultaat van lokale interacties tussen robots. Dankzij deze decentralisatie kunnen robotzwermen onafhankelijk van externe infrastructuur zoals internet werken. Dit maakt ze geschikt voor toepassingen in een groot aantal verschillende omgevingen, zoals ondergronds, onder water, op zee en in de ruimte.
De huidige toepassingen van zwermrobotica worden tot nu toe uitsluitend gedemonstreerd in onderzoeksomgevingen. Maar experts verwachten dat in de nabije toekomst robotzwermen ons zullen ondersteunen in ons dagelijks leven. Robotzwermen kunnen milieubewaking, onderwaterverkenning, infrastructuurinspectie en afvalbeheer uitvoeren. Ze kunnen een belangrijke bijdrage leveren aan de overgang naar een fossielvrije toekomst met weinig vervuiling en een hoge kwaliteit van leven. Bij sommige activiteiten zullen robotzwermen zelfs beter presteren dan mensen, wat leidt tot resultaten van hogere kwaliteit terwijl onze veiligheid wordt gewaarborgd.
Byzantijnse robots
Zodra robotszwermen in de echte wereld worden ingezet, is de kans groot dat sommige robots in een zwerm het begeven (bijvoorbeeld door barre weersomstandigheden) of worden gehackt. Dergelijke robots zullen zich niet gedragen zoals bedoeld en worden Byzantijnse robots genoemd. Recent onderzoek heeft aangetoond dat de acties van een klein aantal Byzantijnse robots in een zwerm zich in de zwerm kunnen verspreiden en het hele systeem kunnen afbreken. Hoewel beveiligingskwesties cruciaal zijn voor de inzet van robotzwermen in de echte wereld, blijft beveiligingsonderzoek in zwermrobotica achter.
In internetnetwerken is met succes voorkomen dat Byzantijnse gebruikers zoals hackers informatie manipuleren door blockchain-technologie te gebruiken. Met deze technologie kunnen gebruikers af spreken 'wie wat bezit' zonder een derde partij zoals een bank nodig te hebben. Aangezien niemand de code kan manipuleren of stoppen, maken slimme contracten 'code is wet' mogelijk. Contracten worden automatisch uitgevoerd en hebben geen derde partij nodig om te worden afgedwongen.
Experimenten
Tot nu toe was het niet duidelijk of grote robotzwermen konden worden bestuurd met behulp van blockchain en slimme contracten. Om deze open vraag te beantwoorden, voerden onderzoekers van de Université Libre de Bruxelles een uitgebreide studie uit met zowel echte als gesimuleerde robots. Dit gebeurde in een scenario met collectieve waarneming: het doel van de robotzwerm is om een schatting te geven van een omgevingskenmerk.
Om dit te doen, moeten de robots de omgeving bemonsteren en het vervolgens eens worden over de kenmerkwaarde. In de Brusselse experimenten is elke robot lid van een blockchain-netwerk dat door de robots zelf wordt onderhouden. De robots sturen hun schattingen van omgevingskenmerken naar een slim contract dat wordt gedeeld door alle robots in de zwerm. Deze schattingen worden samengevoegd door het slimme contract dat ze gebruikt om de gevraagde schatting van het milieukenmerk te genereren.
In dit slimme contract werden economische mechanismen geïmplementeerd die ervoor zorgen dat goede (niet-Byzantijnse) robots worden beloond voor het verzenden van nuttige informatie, terwijl schadelijke Byzantijnse robots worden bestraft. De resulterende roboteconomie verhindert dat de Byzantijnse robots deelnemen aan de zwermactiviteiten en het zwermgedrag beïnvloeden.
Hogere eisen
Het toevoegen van een blockchain aan een robotzwerm verhoogt de rekenvereisten aan de robots, zoals CPU-, RAM- en schijfruimtegebruik. Het was zelfs een vraag of het überhaupt mogelijk was om blockchain-software op echte robotzwermen te draaien. De experimenten hebben aangetoond dat dit inderdaad mogelijk is, aangezien de rekenvereisten beheersbaar zijn: het extra CPU-, RAM- en schijfruimtegebruik hebben een kleine invloed op de robotprestaties.
De succesvolle integratie van blockchain-technologie in robotzwermen maakt de weg vrij voor een breed scala aan veilige robottoepassingen. Om deze toekomstige ontwikkelingen te bevorderen, hebben de onderzoekers hun software-frameworks vrijgegeven als open source.
De wetenschappelijke publicatie vindt u hier.
Foto: University of Houston