2021 Fiscal Year Research-status Report
An Experimental Study for Highly-Reliable Cooperative Behavior of Swarm-Robots using Blockchain and Distributed Deep Learning
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21K03979
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| Research Institution | Ehime University |
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Principal Investigator |
杉本 大志 愛媛大学, 理工学研究科(工学系), 助教 (40780424)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
曽利 仁 津山工業高等専門学校, 総合理工学科, 教授 (10353327)
都築 伸二 愛媛大学, 理工学研究科(工学系), 教授 (60236924)
漆原 史朗 香川高等専門学校, 電気情報工学科, 教授 (90311092)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 深層強化学習 / 群ロボット / 共調動作 / ブロックチェーン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
群ロボットシステムは，個々の自律分散型ロボットが目的や意思を持った一つの集団として行動し，所望の目標を達成するロボットシステムである．このシステムを構築する際は，Peer-to-PeerによるWireless Networkがしばしば利用される．スケーラビリティの向上が期待され，さらに耐障害性の高さも保証出来るが，セキュリティ確保の困難さ，匿名性による悪意ある命令の実行の可能性があるというデメリットも存在する．また，群ロボットが活動する範囲を考えた場合，通信プラットフォームがカバーする通信可能範囲の制約を受けるため，広大なエリアにおいての動作は難しい．そこで群ロボットの制御に対し，Low Power, Wide Area (LPWA)システム，BlockchainとMulti-Agent自律分散型深層学習を組み合わせたシステムを提案する．
今年度は，(1)Ape-Xが分散型深層学習のプラットフォームとして妥当であるかを検証し，multi-agent systemへの適用が可能か検討した．その結果，動作の主体となるActorを各agentに割り当てる事で実現できる事を確認した．その一方，LearnerとReplay Memoryはsystemとして1つを共有するため，上記agentに於いてメインシステムとなる個体を別途用意する必要が判明した．
並行して，(2)P2PとBlockchainをベースとしたagent間コミュニケーションシステムを構築した．本開発では，一般的なIP網を基盤とした通信環境に於いて，OSやハードウェアの差異に影響を受けない形での情報共有技術の実現を目指し，ハイブリッドP2Pと軽量型Blockchainを組み合わせる事によって実現した．この結果，各agentが保有する環境情報を模したダミーデータを，異なるagent間で誤り無く送受信出来る事を実験的に確認した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
コロナ禍における研究体制の縮小・研究拠点の分散化などにより，下記項目での研究結果を吟味出来ていないことが理由として挙げられる．:
(1) LPWAとブロックチェーンの統合化について．現状ではブロックチェーンと強化学習の結合に注力しており，LPWAとの接続や，その検討についてはほとんど進展していない．
(2) 各構成ロボットの制御方法の確立について．(1)と同じ理由であるが，こちらについては，LiDARをはじめとした各種センサによって環境情報を自律的に取得するシステムを搭載したロボットを現在までに1機開発している．
(3) LPWAにおける通信レートと送信データの関係性についての検討，LPWAにおける構成ロボット間での効率的なデータ通信手法の確立について．これも(1)と同じ理由である．一方で，5秒おきまたは5秒おきにGPSで即位した位置情報を他のLPWA搭載マイコンへ送信出来る事を実験的に確認している．
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| Strategy for Future Research Activity |
まず，LPWAが送信できるデータサイズとその種類について検討する．そして，ブロックチェーンを導入する前にLPWAを通信基盤としたロボット間通信システムを構築する．この結果を踏まえ，ブロックチェーンを通信基盤に導入し，効率的なデータ通信方法の検討，提案手法による安全性の向上の確認を進める予定である．
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| Causes of Carryover |
新型コロナウイルス感染症の拡大により，当初の研究計画が実行できていない．特に，実機を用いた実験を行えていないこと，さらに半導体不足の影響からエッジAIデバイスなどハードウェアに関わる備品が購入出来ていない状況である．
次年度の使用計画として，実環境下での実験を念頭として，実ロボットのハードウェア備品と通信システム構築のための備品に使用することを計画している．
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