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Sichere Roboterschwärme dank zentraler Blockchain-Technologie

Ein EU-finanziertes Projekt sucht nach Antworten auf die Frage, wie eine Verbindung von Blockchain mit verteilten Robotersystemen den Weg zu sicheren, zuverlässigen und vertrauenswürdigen Schwarmrobotiksystemen bereiten kann.

Digitale Wirtschaft

Die von der Natur inspirierte Schwarmrobotik, bei der mehrere Roboter eine Aufgabe durch die Bildung von Strukturen und Verhaltensweisen, ähnlich wie sie in natürlichen Systemen zu beobachten sind, lösen, soll viele industrielle Anwendungen wie etwa die Logistik und die „letzte Meile“ im Lieferverkehr einem grundlegenden Wandel unterziehen. Doch gerade jene Eigenschaften, die diese Roboter für bestimmte Anwendungen ideal erscheinen lassen, beispielsweise die Autonomie und die dezentrale Steuerung von Robotern, stellen echte Hindernisse dar, wenn es darum geht, die Technologie von der Forschung in akademischen Einrichtungen auf Probleme in der realen Welt zu übertragen. Eine dieser Herausforderungen betrifft die Sorge über fehlende Sicherheitsnormen auf diesem Gebiet. Blockchain, diese aufstrebende Technologie mit ihrem Ursprung im Bereich der digitalen Währungen, erweist sich nun als ein effektiver Weg, um zu manipulationsgeschützten, sicheren Systemen zur gemeinsamen Nutzung von Daten zu gelangen. Eine Kombination aus Blockchain und verteilten Robotiksystemen eröffnet daher Möglichkeiten für sicherere, autonome und flexible Systeme. Das im Rahmen der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen unterstützte, EU-finanzierte Projekt BROS hatte sich die Erforschung dieser Synergie zum Ziel gesteckt. „Im Einzelnen haben wir darauf hingearbeitet, zu verstehen, wie Roboterschwärme sicherer gestaltet und Entscheidungen ohne eine zentrale Autorität getroffen und wie Lösungen in realen Roboterschwärmen umgesetzt werden können“, erläutert Marie-Skłodowska-Curie-Stipendiat Eduardo Castelló Ferrer.

Fundierte Ergebnisse der Mischung zweier Technologien

„Wir haben mehrere Modelle und Methoden entworfen, analysiert und programmiert, die eine Kombination aus Blockchain-gestützter Technologie sowie Robotik im Allgemeinen und Schwarmrobotik im Besonderen darstellen“, erklärt Ferrer. Obwohl diese Kombination erstmalig erforscht wurde, gelang es im Rahmen des Projekts, die Realisierbarkeit der Kombination beider Verfahrensweisen zur Lösung aktueller Probleme auf diesem Gebiet, etwa im Sicherheitsbereich und bei der verteilten Entscheidungsfindung, aus theoretischer Sicht nachzuweisen. Die entwickelten Modelle und Methoden wurden dann später anhand einer Reihe von Experimenten validiert, die mit echten Robotersystemen durchgeführt wurden. „Diese Experimente bewiesen zum Beispiel erstmalig, dass ein Merkle-Baum – eine Grundlagentechnologie im Bereich Blockchain – eine praktikable Methode darstellt, um kooperative und kollaborative Robotermissionen zusammenzufassen, ohne hochrangige Informationen über die Mission selbst zu offenbaren“, fügt Ferrer an. Mit anderen Worten: Roboter können verifizieren, ob ein einzelner Auftrag Teil einer kollektiven Mission ist oder nicht, ohne das Ergebnis der Mission zu kennen. „In technischer Hinsicht kann die Datenverifizierung von den Daten selbst getrennt werden.“ Das Projekt konnte außerdem ein System anbieten, bei dem Roboter innerhalb eines Schwarms, um bei der Erfüllung von Missionen zusammenzuarbeiten, ihre Integrität gegenüber ihren Nebenrobotern „nachweisen“ müssen, indem sie kryptografische Beweise austauschen. „Letztlich haben wir erkannt, dass wichtige zukünftige Aspekte für Schwarmsysteme wie Sicherheit, Datenschutz und sicherer Datenaustausch durch Hinzufügen von Blockchain-gestützter Technologie in deren Betriebsabläufe deutlich verbessert werden können“, so Ferrer.

Wenn sich Türen öffnen

„Nach dem Abschluss von BROS konnten wir die qualitativ hochwertige Arbeit in mehreren Grundlagenabhandlungen veröffentlichen, die auf meiner Website zu finden sind, sowie die ersten öffentlichen akademischen Veranstaltungen auf dem Gebiet der Blockchain-gestützten Technologie für die Robotik organisieren“, schließt Ferrer seine Ausführungen ab. Außerdem wurden innerhalb des Projekts drei akademische Veranstaltungen – ein Workshop und zwei Symposien – organisiert, die der Bekanntmachung und maximalen Verbreitung der Projektarbeit dienten. Diese Symposien hinterließen unter anderem eine sich neu formierende akademische Gemeinschaft aus Forschenden, wissenschaftlich Tätigen und Kunstschaffenden, die ein steigendes Interesse am Gebiet der Blockchain-Robotik entwickelten.

Schlüsselbegriffe

BROS, Blockchain, Sicherheit, Schwarmrobotik, Datenaustausch, Robotersysteme, Datenüberprüfung

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