區(qū)塊鏈與機器人和人工智能的集成綜述

0 引言

區(qū)塊鏈技術(shù)最早由中本聰[1]與加密貨幣比特幣共同推出。兩者在采用率、價值和使用率方面都有所增長[2，3]，但區(qū)塊鏈的價值不僅在于持有加密貨幣上，還允許以分散和安全的方式在同一平臺上集成大量系統(tǒng)。2013年，以太坊[4]應(yīng)運而生，為區(qū)塊鏈技術(shù)引入了智能合約等新功能，使其能夠集成更多服務(wù)，并在許多行業(yè)和學(xué)術(shù)領(lǐng)域具有更大價值。但這些項目仍然缺乏一些基本特征，比如能源效率和區(qū)塊驗證所需的速度?？紤]到這些問題，每年都會有數(shù)以千計的新想法和服務(wù)被提出，以使用區(qū)塊鏈技術(shù)，但并沒有一個唯一的解決方案來解決所有可能的應(yīng)用，因而很多問題有待未來研究。在機器人領(lǐng)域，與區(qū)塊鏈的集成仍然很少見，目前還沒有很多方法來展示如何將這兩種技術(shù)結(jié)合使用來克服挑戰(zhàn)。將區(qū)塊鏈技術(shù)引入機器人系統(tǒng)可以解決這些系統(tǒng)面臨的許多問題。它可以解決的第一個問題是安全：由于許多系統(tǒng)都存在信任和數(shù)據(jù)完整性問題，區(qū)塊鏈可以在不可信的網(wǎng)絡(luò)上提供可靠的點對點通信和安全措施。由于區(qū)塊鏈可以確保去中心化網(wǎng)絡(luò)的所有參與者對世界的看法都是相同的，因此這種整合的另一個優(yōu)勢是有可能做出分布式?jīng)Q策。這一保證可以使系統(tǒng)在整個網(wǎng)絡(luò)上達成協(xié)議，并在機器人之間進行全球協(xié)作。

本文通過研究利用機器人和人工智能實現(xiàn)服務(wù)的主要方法綜述了與機器人和人工智能相結(jié)合的區(qū)塊鏈技術(shù)最新發(fā)展。由于機器人技術(shù)在很大程度上以人工智能系統(tǒng)為基礎(chǔ)，因此本文比較關(guān)注這些研究關(guān)于人工智能方面的內(nèi)容。

本文的其余部分組織如下：第1節(jié)解釋、回顧和比較了機器人技術(shù)和區(qū)塊鏈技術(shù)集成的不同方法。第2節(jié)提出了我們的觀點，并討論了回顧的方法。第3節(jié)總結(jié)了全文的主要觀點。

1 區(qū)塊鏈和機器人概述

本節(jié)介紹了試圖將區(qū)塊鏈集成到機器人中的研究。

貝尼?！ぐ⒉范爬铡べZ利勒等[5]展示了如何創(chuàng)建區(qū)塊鏈并將其用于存儲機器人事件。這個想法允許創(chuàng)建智能合約，使用來自不同制造商的機器人在不同場景獲取信息，并根據(jù)在區(qū)塊鏈上存儲和驗證的合約觸發(fā)動作。它提高了工廠的生產(chǎn)率并減少了做任務(wù)所花費的時間，比如為使用區(qū)塊鏈的機器人重新裝螺絲，以表明它需要更多的螺絲來繼續(xù)工作。

其后續(xù)研究多使用尼古拉·特斯利亞[6]的技術(shù)。本文提議創(chuàng)建一個用于機器人事件注冊的區(qū)塊鏈，從而利用嵌入尼古拉的正式驗證提供的改進的安全性。該研究將支持智能合約在區(qū)塊鏈上運行人工智能代碼，這些智能合約被證明是正確的（即完全按照它們的規(guī)范定義）。他們還計劃調(diào)整區(qū)塊鏈，以支持比當(dāng)前規(guī)范所允許的每秒事件多得多的事件，以便使系統(tǒng)處理大量互動的機器人。

艾米麗·賈諾斯基·海倫[7]是一個采用基于ERC-20標準的區(qū)塊鏈技術(shù)的平臺。他們的目標是擁有一個完整的平臺，可以減少開發(fā)人員必須忍受的耗時任務(wù)的數(shù)量，例如組織文檔。為解決這一問題，他們創(chuàng)建了一個同時具有人工智能和機器人科學(xué)的平臺，可以為指定的業(yè)務(wù)流程提供自動化。他們建造的平臺有五個模塊。第一個是“人工智能”模塊，它試圖檢索有關(guān)頻繁執(zhí)行的任務(wù)的信息，并采取行動使這些任務(wù)自動化。第二個模塊叫做“數(shù)碼機器人”，與第一個非常相似，但是這個模塊專注于自動化編程任務(wù)，比如后端解決方案和數(shù)據(jù)驅(qū)動的問題。第三個模塊“機械師”專注于幫助企業(yè)集成機器人自動化，以提高效率和生產(chǎn)率。最后兩個模塊完成不能完全自動化的任務(wù)，并提供對機器人的監(jiān)督。簡而言之，海倫提供了一個平臺，旨在通過集成人工智能和機器人技術(shù)來自動化耗時的任務(wù)。

米格爾·費爾南德斯[8]等闡明了區(qū)塊鏈技術(shù)與機器人技術(shù)相結(jié)合的優(yōu)勢，特別是群體機器人技術(shù)和機器人硬件。機器人群的優(yōu)勢包括易于擴展和對故障的健壯性。成員的分散性創(chuàng)造了這一優(yōu)勢。在工業(yè)部門，我們也可以看到市場的增長方式，并使公司實現(xiàn)更高的生產(chǎn)率，亞馬遜機器人公司就是這種情況，該公司一直在擴大機器人規(guī)模，從而使這些機器人協(xié)同工作來管理倉庫。[9，10]大多數(shù)機器人群只使用局部信息，這意味著機器人只有關(guān)于自己和/或接近它的機器人的信息；然而，在這些系統(tǒng)中，區(qū)塊鏈的集成可以給機器人提供全局信息，從而滿足不同的需求。區(qū)塊鏈整合使系統(tǒng)擁有全球信息，以使整個系統(tǒng)快速做出行動，因此提高了系統(tǒng)的行為速度。這也可以由控制器機器人來完成，它通過使用區(qū)塊鏈信息來評估系統(tǒng)狀態(tài)，然后將要進行的更改提交給該區(qū)塊鏈。這些改進和系統(tǒng)的全局信息可以帶來更高的生產(chǎn)率和更容易的維護。

“機器鏈”[11]是一種在機器人之間以安全的方式共享關(guān)鍵數(shù)據(jù)的概念性方法，其作者斯蒂芬·卡斯特爾提出了一個框架，以解決機器人在人與機器人交互期間使用個人數(shù)據(jù)的隱私問題。該方法使用麻省理工學(xué)院[12]提供的一層安全保護，并確保數(shù)據(jù)上表示的信息的隱私。因此，機器人可以利用它們獲得的信息在本地改進機器學(xué)習(xí)算法，并將它們發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)上。區(qū)塊鏈技術(shù)是這一框架的一部分，以提高透明度，并充當(dāng)分類賬，存儲機器人在活動期間所做的事件，并驗證發(fā)布的模型。作者還提出了一種共識機制，以便每個節(jié)點都可以利用區(qū)塊鏈中的智能合同技術(shù)來投票決定接受哪種模式。

最新研究提出了一種創(chuàng)建機器人、傳感器和執(zhí)行器聯(lián)盟[13]的方法。具體地，它使所有信息通過知識處理器，然后將其插入?yún)^(qū)塊鏈。這使得聯(lián)盟的每個節(jié)點都擁有全球信息，并允許使用智能合同來調(diào)整機器人的行動和重新分配資源。引用作者的話說，該系統(tǒng)提供了不變的分布式存儲，這對于在不同參與者（機器人）之間協(xié)商分離的任務(wù)至關(guān)重要。

2 討論

表1簡要概述了第1節(jié)中介紹的所有方法，并包括一些旨在將區(qū)塊鏈技術(shù)與人工智能相結(jié)合的建議，這些建議可以與機器人技術(shù)結(jié)合使用。總的來說，區(qū)塊鏈、機器人和人工智能肯定會顛覆我們的生活方式：它們本身就具有諸多優(yōu)勢，如果將它們結(jié)合在一起，這些優(yōu)勢將更加明顯和全面。區(qū)塊鏈技術(shù)可以作為不同機器人之間傳輸信息的機制，并將動作觸發(fā)器編碼在智能合同中，從而提高機器人的效率及其互聯(lián)互通。雖然這在不久的將來肯定會成為事實，但目前的方法還處于初級階段，主要是因為我們正在經(jīng)歷這些技術(shù)的爆炸性增長階段，它們還沒有成熟。這些技術(shù)的集成可能會被實時使用，但要實現(xiàn)這一點，區(qū)塊鏈技術(shù)需要轉(zhuǎn)向更快的共識機制，使得驗證交易并將其插入?yún)^(qū)塊鏈，速度比目前可能要快得多。

表1 本文討論的提案簡述

根據(jù)所研究的方法和平臺，我們得出結(jié)論，那些擁有最有前途的未來的方法和平臺是那些將許多服務(wù)集成到單個平臺中，同時與開源社區(qū)共享代碼并有發(fā)現(xiàn)錯誤的獎勵計劃的方法和平臺。

當(dāng)然，我們將看到許多機器人系統(tǒng)利用區(qū)塊鏈技術(shù)，主要是在工業(yè)和軍事環(huán)境中，區(qū)塊鏈可以在智能合同的幫助下實現(xiàn)流程自動化，并使系統(tǒng)具有更高的安全性和更可跟蹤的流程。區(qū)塊鏈引入了一種信任數(shù)據(jù)、信任其他參與者以及通過擁有關(guān)于整個系統(tǒng)的認證信息來進行內(nèi)部和外部更改的方式。將兩種技術(shù)集成在一起以實現(xiàn)共同目的的場景很容易想象。例如，一群“警察機器人”在街上巡邏，與人們打招呼，尋找失誤的行為。這些機器人可以通過區(qū)塊鏈進行通信，并通過智能合同具有動作觸發(fā)器。當(dāng)它們發(fā)現(xiàn)一個人傷害了另一個人時，它們可以運行，讓系統(tǒng)投票決定接近現(xiàn)場或?qū)で髱椭淖罴巡呗?。但要實現(xiàn)這種類型的行為，智能合同必須提高安全性，并能夠與區(qū)塊鏈（先知）以外的信息交互。

至關(guān)重要的是，擁有能夠整合互補方法的平臺，以便市場從許多不同的獨立方法減少到少數(shù)已建立的解決方案，或者定義明確的互聯(lián)標準，以使多個解決方案能夠相互對話。

正在出現(xiàn)的市場對于讓單個機器人能夠執(zhí)行多項復(fù)雜任務(wù)至關(guān)重要，而不需要開發(fā)人員編寫所有不同的必要解決方案。這可以也應(yīng)該與云機器人集成，如圖1所示。

圖1 區(qū)塊鏈與機器人和人工智能集成模型

3 結(jié)論

區(qū)塊鏈技術(shù)仍處于初級階段，其對全球經(jīng)濟可能產(chǎn)生的影響還有待了解。服務(wù)與區(qū)塊鏈的整合，特別是機器人技術(shù)，仍處于早期原型階段。這意味著在單獨的區(qū)塊鏈上實現(xiàn)了許多改進。目前還沒有明確的“贏家”技術(shù)，大多數(shù)市場參與者并不知道許多新技術(shù)，而且他們有時對第一批提議的健壯性缺乏信心。提議的方法很豐富，缺乏互聯(lián)標準，這些方法與工業(yè)4.0或云機器人的集成還有待實現(xiàn)。本文綜述了目前區(qū)塊鏈技術(shù)的許多方法和建議，或使用機器人技術(shù)，或利用可以改善機器人系統(tǒng)的人工智能服務(wù)。隨著區(qū)塊鏈技術(shù)的成熟，它將與機器人和人工智能等許多其他范式互動，為我們的社會帶來更高的產(chǎn)品和生產(chǎn)力、更高的服務(wù)和更高的生活水平。