A Quantitative Autonomy Quantification Framework for Fully Autonomous Robotic Systems

要約

自律的な機能により、人間の監視が制限される領域へのロボットシステムの配備が容易になるが、タスクの要求と自律的な能力との対応関係を見つけることは、依然として未解決の課題である。その結果、過去30年間に自律性を定量化するための多くの手法が提案されてきたが、我々の知る限り、これらの手法はすべて自律性の変化のサブモードの特徴を識別しておらず、また、グッドハートの法則を無視した測定基準に基づいているものもある。本稿では、完全自律モードに焦点を当て、タスク要求に基づく自律性評価フレームワークを提案する。この枠組みは、ロボットのタスク特性を確立することから始め、そこから3つの自律性評価指標、すなわち必要能力、信頼性、応答性、および自律性を2つの評価指標、すなわち自律性のレベルと自律性の程度として決定するための機能を導出する。これらの特性は、最終的にロボットが人間の熟練労働者に取って代わるという認識に基づいており、人間の仕事とロボットのタスク特性との間の対応付けを見出すことを目的としている。自律性のレベルと程度の区別は、自律性が単に存在する問題ではなく、必要な能力を発揮する問題であるという認識から生まれた。継続的に監視されるとき、提案された測定基準はシステムの完全性を監視する手段を提供する。このフレームワークは、2つのケーススタディ、すなわち、オンロードの動的運転タスクにおける自律走行車と、DARPA subTチャレンジのルール分析で実証された。このフレームワークは、自律性を定量化するためのツールであるだけでなく、自律システム開発者とユーザーのための規制インターフェースと共通言語を提供する。

要約(オリジナル)

Although autonomous functioning facilitates deployment of robotic systems in domains that admit limited human oversight on our planet and beyond, finding correspondence between task requirements and autonomous capability is still an open challenge. Consequently, a number of methods for quantifying autonomy have been proposed over the last three decades, but to our knowledge all these have no discernment of sub-mode features of variation of autonomy and some are based on metrics that violet the Goodhart’s law. This paper focuses on the full autonomous mode and proposes a task-requirements based autonomy assessment framework. The framework starts by establishing robot task characteristics from which three autonomy metrics, namely requisite capability, reliability and responsiveness, and functions for determining autonomy as a two-part measure, namely of level of autonomy and degree of autonomy are derived. These characteristics are founded on the realization that robots ultimately replace human skilled workers, to find a mapping between human job and robot task characteristics. The distinction between level and degree of autonomy stemmed from the acknowledgment that autonomy is not just a question of existence, but also one of performance of requisite capability. When continuously monitored, the proposed metrics provide a means of monitoring the integrity of a system. The framework has been demonstrated on two case studies, namely autonomous vehicle at an on-road dynamic driving task and the DARPA subT challenge rules analysis. The framework provides not only a tool for quantifying autonomy, but also a regulatory interface and common language for autonomous systems developers and users.

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