Designing modular software to Reduce uncertainty in Ethics-based cyber-physicAl systeMs

Domini emergenti come le persone disabili e l'offerta agricola richiedono sistemi cyber-fisici (CPS) basati sull'etica, ovvero sistemi di robotica intelligente che interagiscono con il mondo fisico, tenendo conto delle responsabilità sociali. Per far fronte a questa complessità, la progettazione basata su modelli è stata a lungo sostenuta come un approccio importante per il loro rigoroso sviluppo. Tuttavia, lo stato dell'arte non tiene adeguatamente conto di due grandi questioni: la modularità del software, per catturare l'eterogeneità dei dispositivi CPS; e l’incertezza, ad esempio, per esprimere la mancanza di conoscenza dell'ambiente, l'accuratezza del modello o gli errori che si verificano durante il rilevamento del mondo reale. Il nostro obiettivo è sviluppare tecniche di modellazione e analisi per CPS basati sull'etica rendendo la modularità del software la componente principale per ridurre le incertezze. Progettiamo di costruire un compenent-based framework in cui i componenti digitali e fisici interagiscono per migliorare la vita quotidiana delle persone e la modularità del software mira a ridurre l'incertezza per mezzo di attività distribuite probabilisticamente che mostrano accuratezza e compromessi generali. Progettiamo un sistema per specificare i requisiti basati sull'etica CPS, trasformandoli in specifiche logiche probabilistiche che saranno alla base di algoritmi efficienti per l'analisi e la verifica. Applicheremo le nostre tecniche a casi di studio reali sui parcheggi intelligenti per disabili e sui robot a supporto dell'agricoltura.

Emerging domains such as disabled people and agriculture supply require ethics-based cyber-physical systems (CPS), i.e., intelligent robotics systems that interact with the physical world, while taking into account societal responsibilities. To cope with this complexity, model-based design has long been advocated as a prominent approach for their rigorous development. However, the state of the art does not adequately account for two major issues: software modularity, to capture the heterogeneity of CPS devices; and uncertainty, e.g., to express lack of knowledge about the environment, the accuracy of the model, or errors occurring when sensing the real world. Our goal is to develop modelling and analysis techniques for ethics-based CPS making software modularity as a first-class citizen to reduce uncertainties. We envisage a component-based framework where digital and physical components interact to improve daily life of people, and software modularity is aimed to reduce uncertainty by means of probabilistically distributed activities showing accuracy and overhead trade-offs. We devise a system to specify CPS ethics-based requirements, turning them into probabilistic logical specifications that will be at the basis of efficient algorithms for the analysis and verification. We will apply our techniques to real case studies on smart parking for disabled people and agriculture-supportive robots.