ロボティクスのための安全性を考慮した目標指向型セマンティックセンシング、通信、制御

Abstract

無線接続されたロボットシステムは、意思決定のために遠隔の計算資源を活用することで、ロボットにリアルタイムの知能をもたらします。しかし、ロボットとエッジサーバ間のデータ交換はしばしば通信リンクに過負荷をもたらし、レイテンシが導入されてタスク性能を低下させます。これに対処するため、無線接続されたロボットシステムに対して、目標指向のセマンティック通信（GSC）が導入され、目標に関連する意味表現のみを抽出して送信することが提案されています。これはタスクの有効性を向上させますが、一般に実際の安全要件を見落としがちです。一方、既存のロボティクス研究では、安全性を主として制御レベルの問題として扱うことが多く、センシング、通信、制御を閉ループで横断的に系統立てて安全性を考慮することは十分に行われていません。このギャップを埋めるために、本研究では、実際の安全要件のもとでロボットのタスク有効性を最大化することを目標として、無線接続されたロボットシステムにおける安全性を意識した目標指向セマンティック（SA-GS）センシング、通信、制御の共同設計を実現する方法を調査します。まず、無線接続されたロボットシステムのための {an} アーキテクチャ {for} および代表的なユースケースを導入します。次に、ユースケース全体にわたる一般的な安全要件と有効性指標を要約します。続いて、センシング、通信、制御における固有の安全性と有効性の課題を体系的に分析します。これに基づき、さらに潜在的な SA-GS の研究方向性を提示します。最後に、無人航空機（UAV）によるターゲット追跡のケーススタディによって、提示した研究方向の1つ、すなわちセマンティックに基づく C\&C パケット実行が、それぞれ安全率と追跡成功率を 2 倍以上および 4.5 倍以上と大幅に改善しうることを検証します。