區塊鏈與機器人和人工智能的集成綜述

0 引言

區塊鏈技術最早由中本聰[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。2013年，以太坊[4]應運而生，為區塊鏈技術引入了智能合約等新功能，使其能夠集成更多服務，并在許多行業和學術領域具有更大價值。但這些項目仍然缺乏一些基本特征，比如能源效率和區塊驗證所需的速度。考慮到這些問題，每年都會有數以千計的新想法和服務被提出，以使用區塊鏈技術，但并沒有一個唯一的解決方案來解決所有可能的應用，因而很多問題有待未來研究。在機器人領域，與區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結合使用來克服挑戰。將區塊鏈技術引入機器人系統可以解決這些系統面臨的許多問題。它可以解決的第一個問題是安全：由于許多系統都存在信任和數據完整性問題，區塊鏈可以在不可信的網絡上提供可靠的點對點通信和安全措施。由于區塊鏈可以確保去中心化網絡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勢是有可能做出分布式決策。這一保證可以使系統在整個網絡上達成協議，并在機器人之間進行全球協作。

本文通過研究利用機器人和人工智能實現服務的主要方法綜述了與機器人和人工智能相結合的區塊鏈技術最新發展。由于機器人技術在很大程度上以人工智能系統為基礎，因此本文比較關注這些研究關于人工智能方面的內容。

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

1 區塊鏈和機器人概述

本節介紹了試圖將區塊鏈集成到機器人中的研究。

貝尼希·阿卜杜勒·賈利勒等[5]展示了如何創建區塊鏈并將其用于存儲機器人事件。這個想法允許創建智能合約，使用來自不同制造商的機器人在不同場景獲取信息，并根據在區塊鏈上存儲和驗證的合約觸發動作。它提高了工廠的生產率并減少了做任務所花費的時間，比如為使用區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工作。

其后續研究多使用尼古拉·特斯利亞[6]的技術。本文提議創建一個用于機器人事件注冊的區塊鏈，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范定義）。他們還計劃調整區塊鏈，以支持比當前規范所允許的每秒事件多得多的事件，以便使系統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標準的區塊鏈技術的平臺。他們的目標是擁有一個完整的平臺，可以減少開發人員必須忍受的耗時任務的數量，例如組織文檔。為解決這一問題，他們創建了一個同時具有人工智能和機器人科學的平臺，可以為指定的業務流程提供自動化。他們建造的平臺有五個模塊。第一個是“人工智能”模塊，它試圖檢索有關頻繁執行的任務的信息，并采取行動使這些任務自動化。第二個模塊叫做“數碼機器人”，與第一個非常相似，但是這個模塊專注于自動化編程任務，比如后端解決方案和數據驅動的問題。第三個模塊“機械師”專注于幫助企業集成機器人自動化，以提高效率和生產率。最后兩個模塊完成不能完全自動化的任務，并提供對機器人的監督。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來自動化耗時的任務。

米格爾·費爾南德斯[8]等闡明了區塊鏈技術與機器人技術相結合的優勢，特別是群體機器人技術和機器人硬件。機器人群的優勢包括易于擴展和對故障的健壯性。成員的分散性創造了這一優勢。在工業部門，我們也可以看到市場的增長方式，并使公司實現更高的生產率，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模，從而使這些機器人協同工作來管理倉庫。[9，10]大多數機器人群只使用局部信息，這意味著機器人只有關于自己和/或接近它的機器人的信息；然而，在這些系統中，區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。區塊鏈整合使系統擁有全球信息，以使整個系統快速做出行動，因此提高了系統的行為速度。這也可以由控制器機器人來完成，它通過使用區塊鏈信息來評估系統狀態，然后將要進行的更改提交給該區塊鏈。這些改進和系統的全局信息可以帶來更高的生產率和更容易的維護。

“機器鏈”[11]是一種在機器人之間以安全的方式共享關鍵數據的概念性方法，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據的隱私問題。該方法使用麻省理工學院[12]提供的一層安全保護，并確保數據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習算法，并將它們發布到網絡上。區塊鏈技術是這一框架的一部分，以提高透明度，并充當分類賬，存儲機器人在活動期間所做的事件，并驗證發布的模型。作者還提出了一種共識機制，以便每個節點都可以利用區塊鏈中的智能合同技術來投票決定接受哪種模式。

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

2 討論

表1簡要概述了第1節中介紹的所有方法，并包括一些旨在將區塊鏈技術與人工智能相結合的建議，這些建議可以與機器人技術結合使用。總的來說，區塊鏈、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勢，如果將它們結合在一起，這些優勢將更加明顯和全面。區塊鏈技術可以作為不同機器人之間傳輸信息的機制，并將動作觸發器編碼在智能合同中，從而提高機器人的效率及其互聯互通。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歷這些技術的爆炸性增長階段，它們還沒有成熟。這些技術的集成可能會被實時使用，但要實現這一點，區塊鏈技術需要轉向更快的共識機制，使得驗證交易并將其插入區塊鏈，速度比目前可能要快得多。

表1 本文討論的提案簡述

根據所研究的方法和平臺，我們得出結論，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集成到單個平臺中，同時與開源社區共享代碼并有發現錯誤的獎勵計劃的方法和平臺。

當然，我們將看到許多機器人系統利用區塊鏈技術，主要是在工業和軍事環境中，區塊鏈可以在智能合同的幫助下實現流程自動化，并使系統具有更高的安全性和更可跟蹤的流程。區塊鏈引入了一種信任數據、信任其他參與者以及通過擁有關于整個系統的認證信息來進行內部和外部更改的方式。將兩種技術集成在一起以實現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塊鏈進行通信，并通過智能合同具有動作觸發器。當它們發現一個人傷害了另一個人時，它們可以運行，讓系統投票決定接近現場或尋求幫助的最佳策略。但要實現這種類型的行為，智能合同必須提高安全性，并能夠與區塊鏈（先知）以外的信息交互。

至關重要的是，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已建立的解決方案，或者定義明確的互聯標準，以使多個解決方案能夠相互對話。

正在出現的市場對于讓單個機器人能夠執行多項復雜任務至關重要，而不需要開發人員編寫所有不同的必要解決方案。這可以也應該與云機器人集成，如圖1所示。

圖1 區塊鏈與機器人和人工智能集成模型

3 結論

區塊鏈技術仍處于初級階段，其對全球經濟可能產生的影響還有待了解。服務與區塊鏈的整合，特別是機器人技術，仍處于早期原型階段。這意味著在單獨的區塊鏈上實現了許多改進。目前還沒有明確的“贏家”技術，大多數市場參與者并不知道許多新技術，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，缺乏互聯標準，這些方法與工業4.0或云機器人的集成還有待實現。本文綜述了目前區塊鏈技術的許多方法和建議，或使用機器人技術，或利用可以改善機器人系統的人工智能服務。隨著區塊鏈技術的成熟，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品和生產力、更高的服務和更高的生活水平。