空における安全柵：VISTA F-16ジェットでの制御バリア関数の実現

arXiv cs.RO / 2026/3/31

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要点

本論文は、「Guardrails（安全柵）」というランタイム保証メカニズムを提案し、許容領域の境界付近で動作する自律システムに対して、制御バリア関数を用いて動的な安全性を保証する。
Guardrailsは、人間／AIオペレータの指令に対して、安全な補正制御動作を組み合わせることで、安全制約の範囲内にシステムを維持しつつ、可能な場合にはオペレータによる制御も許容する。
著者らはF-16ジェットにGuardrailsを実装し、飛行試験を実施して、gリミット、高度の範囲、ジオフェンス制約の適用を示した（複合制約シナリオを含む）。
飛行結果は、Guardrailsが安全な場合にはパイロットの操縦を維持でき、制約が破られそうな場合でも危険な入力を最小限に変更できることを示している。

Abstract

自律システム――脚付きロボットから自動運転車両、航空機に至るまで――の進展には、システムや環境を危険にさらすことなく、ますます高性能で動的な動作を実行する必要があります。本論文では、オペレーショナル領域の境界付近で自律システムが安全に進化できることを保証する、動的安全のための新しいランタイム保証メカニズム「Guardrails（ガードレール）」を提案します。制御バリア関数の理論に基づくGuardrailsは、安全な行動を保証するために、人間またはAIオペレータからの指令と、安全な制御アクションとを慎重に融合する制御戦略を提供します。その能力を示すために、我々はGuardrailsをF-16戦闘機に実装し、飛行試験を実施しました。この試験では、Guardrailsが人間のパイロットを監督して、g制限、高度の範囲、ジオフェンス制約、およびそれらの組み合わせを強制しました。広範な飛行テストを通じて、Guardrailsは安全性を成功裏に確保し、そうしてよい場合にはパイロットを制御下に維持し、それ以外では危険なパイロット入力を最小限に変更することで安全を実現しました。