EvoSpikeNet-BrainOS 概要仕様書

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バージョン: v0.2.0
最終更新日: 2026年5月30日
ステータス: Phase 1 + Phase 2 完了（157テストパス）

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1. プロジェクト概要

1.1 BrainOSとは

EvoSpikeNet-BrainOS は、複数のドメインアプリケーション（ロボティクス、スマートシティ、物流、診断、言語翻訳など）を単一の分散認知基盤上で協調動作させるための分散脳オペレーティングシステムです。

EvoSpikeNet-Core を OS カーネルとして位置付け、その上に分散認知基盤を構築します。

1.2 主な特徴

特徴	説明
8層認知アーキテクチャ	Sensing → Ingestion → World Model → Cognition → Planning → Safety → Execution → Observability
Q-PFCフィードバックループ	PFC が認知エントロピーを計測し量子インスパイアード回路でフィードバック
Conscience Circuit（倫理安全ガード）	4段階安全ガード（LOW/MEDIUM/HIGH/CRITICAL）— Fail-Closed
Zenohイベントバス	全層を横断する非同期分散通信、HMAC-SHA256署名必須
SHA-256 Hash-Chain監査ログ	改ざん耐性監査ログ
クロスプラットフォーム	Windows/Linux/macOS/Android/iOS対応
オンライン/オフライン両対応	接続断時はローカルLLMにフォールバック

1.3 利用シーン

シーン	説明
ロボティクス	マルチエージェント協調制御、リアルタイム意思決定
スマートシティ	交通・エネルギー・防災の統合意思決定
物流	ルート最適化、動的リソース配分
医療診断	複合症状分析、治療方針決定支援
言語翻訳	マルチモーダル翻訳、文脈保持

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2. アーキテクチャ

2.1 8層構造

flowchart TD
    L1["L1: Sensing Layer<br/>vision.py / audio.py / eeg_drivers.py"]
    L2["L2: Ingestion & Normalization<br/>preprocessing.py / encoding.py / fusion.py"]
    L3["L3: Shared World Model<br/>brain_architecture.py / raft_persistence.py"]
    L4["L4: Cognitive Services<br/>pfc.py / llm_backend.py / evolution_engine.py"]
    L5["L5: Planning & Policy<br/>Q-PFC / q_pfc_adaptive_control.py"]
    L7["L7: Safety Guard<br/>conscience_circuit.py / safety_filter.py"]
    L6["L6: Execution<br/>pipeline_api.py / distributed.py"]
    L8["L8: Observability<br/>observability.py / auto_recovery.py"]
    MEM["Memory System<br/>long_term_memory.py / episodic_memory.py"]
    BUS["Event Bus: Zenoh<br/>zenoh_comm.py / zenoh_async.py"]

    L1 --> L2 --> L3 --> L4 --> L5 --> L7
    L7 -->|Allow| L6 --> L8
    L8 --> MEM --> L4
    L8 --> L3
    BUS -.->|pub/sub| L1 & L2 & L3 & L4 & L5 & L6 & L7 & L8

2.2 OS機能マッピング

OS機能	EvoSpikeNet-Core実装	説明
プロセス間通信	zenoh_comm.py, zenoh_async.py	Zenoh pub/sub による非同期分散通信
ノード管理	brain_architecture.py (MT25-EV005)	脳領域ごとのランク付きノード
認知制御ループ	pfc.py (Q-PFC)	Prefrontal Cortex による意思決定
倫理・安全ガード	conscience_circuit.py (MT25-EV012)	4段階安全フィルタ
メモリ管理	memory_manager.py, episodic/LTM	複数層のメモリシステム
分散状態管理	raft_persistence.py, raft_snapshot.py	Raftコンセンサス
監査・証跡	audit_log.py	SHA-256ハッシュチェーン
セキュリティ	security.py, secure_serialization.py	HMAC署名、トークン認証
観測性	observability.py, monitoring.py	Prometheusメトリクス
自律回復	auto_recovery.py, graceful_degradation.py	障害検知と自動縮退

2.3 クライアント・サーバーアーキテクチャ

┌─────────────────────────────────────┐
│     クライアント層 (Client Side)      │
├─────────────────────────────────────┤
│  • Python SDK (httpx のみ依存)      │
│  • PWA Web Dashboard                │
│  • Service Worker (offline cache)   │
└────────────┬────────────────────────┘
             │ REST API / gRPC
┌────────────▼────────────────────────┐
│    BrainOS サーバー層 (Server Side)   │
├─────────────────────────────────────┤
│  • FastAPI アプリケーション          │
│  • 認知エンジン (PFC)                │
│  • 安全ガード                        │
│  • メモリシステム                    │
│  • イベントバス (Zenoh)              │
└─────────────────────────────────────┘
             │ pub/sub
┌────────────▼────────────────────────┐
│  EvoSpikeNet-Core 分散基盤           │
├─────────────────────────────────────┤
│  • Raftノード管理                    │
│  • LLMバックエンド                   │
│  • 進化エンジン                      │
│  • 監査ログ                          │
└─────────────────────────────────────┘

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3. 認知ループ

3.1 5段階サイクル

ステージ	名称	モジュール	説明
1	Observe	vision.py, audio.py, eeg_drivers.py	センサー入力の取得
2	Understand	preprocessing.py → brain_architecture.update_world_state()	世界モデルの更新
3	Decide	pfc.py: PFCDecisionEngine.make_decision()	Q-PFC による意思決定
4	Act	pipeline_api.py → Executor	実行計画の実行
5	Learn	evolution_engine.py, episodic_memory.py	経験からの学習

3.2 SLOターゲット

SLO	ターゲット	測定
制御ループレイテンシ (p95)	< 500 ms	Prometheus ヒストグラム
Critical コマンド成功率	> 99.5%	OutcomeReport.status 集計
Safety Gate 回避	= 0	brainos/safety/blocked トピック監視
リプラン完了 (p95)	< 2 s	pfc.py: replan() 実行時間

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4. 脳領域ノード（MT25-EV005）

各ノードは固定のランクを持ち、生物学的脳領域に対応します。PFC（ランク0）がすべてのノードを階層的に統括します。

ランク	脳領域	役割
0	Prefrontal Cortex (PFC)	実行制御、計画、認知統合（BrainOS ハブ）
1–4	Visual Cortex (V1/V2/V4/IT)	視覚処理・物体認識
5–6, 13–15	Auditory / Language	聴覚処理・言語理解
7–9	Dorsal Stream	空間認識・行動ガイド
10–12	Motor (M1/Premotor/Cerebellum)	運動制御・タイミング
16–17	Parietal Cortex	空間処理・感覚統合
18–19	Broca / Wernicke	言語生成・理解

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5. 安全ガード（Conscience Circuit / MT25-EV012）

5.1 4段階アーキテクチャ

stateDiagram-v2
    [*] --> DECIDE
    DECIDE --> LOW: Low risk
    LOW --> ALLOW

    DECIDE --> MEDIUM: Medium risk
    MEDIUM --> CHECK: Additional check
    CHECK --> ALLOW: Pass
    CHECK --> DENY: Fail

    DECIDE --> HIGH: High risk
    HIGH --> REVIEW: Human review
    REVIEW --> ALLOW: Approved
    REVIEW --> DENY: Rejected

    DECIDE --> CRITICAL: Critical risk
    CRITICAL --> ALWAYS_DENY: Always blocked

    ALLOW --> [*]
    DENY --> [*]
    ALWAYS_DENY --> [*]

5.2 評価基準

リスク	条件	処理	説明
LOW	信頼度 > 95%	即座に許可	ルーチン実行
MEDIUM	信頼度 80–95%	追加チェック	追加検証後に許可
HIGH	信頼度 50–80%	人間レビュー	Human Approval キューへ
CRITICAL	信頼度 < 50% 又は禁止命令	常に拒否	絶対的な安全境界

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6. メモリシステム

6.1 階層構造

層	特性	TTL	容量	用途
Working Memory	高速アクセス、揮発性	秒単位	小	直近の判断文脈
Episodic Memory	一時的な経験記録	時間単位	中	最近の出来事
Long-Term Memory	永続的な知識	永続	大	学習した知識・スキル

6.2 メモリAPI

# メモリ書き込み
client.memory_write(
    context={"location": "lab", "time": "14:30"},
    action="pick_object",
    reward=1.0,
    metadata={"object_type": "cube"}
)

# メモリ検索
results = client.memory_retrieve(
    query="pick_object at lab",
    limit=10,
    time_range=("2026-05-20", "2026-05-30")
)

# 統計情報
stats = client.memory_stats()  # 容量、命中率など

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7. セキュリティ

7.1 認証・認可

機構	説明
API Key認証	X-API-Key ヘッダーで全リクエスト検証
HMAC-SHA256署名	すべてのペイロード（入力・出力）を署名
RBAC	ロールベースアクセス制御（ADMIN/USER/VIEWER）
トークン有効期限	短有効期限トークン（デフォルト1時間）

7.2 監査ログ

• 改ざん耐性: SHA-256ハッシュチェーン
• 記録対象: すべての重要操作（Decision、Safety判定、Memory操作）
• 検証: audit_log.verify_chain() で定期検証（最小週1回）

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8. 環境要件

8.1 最小要件

要件	推奨値
Python	3.10 以上
メモリ	4 GB 以上
ディスク	10 GB 以上
ネットワーク	1 Mbps 以上（オンライン時）
OS	Windows 10+, macOS 10.14+, Linux (Ubuntu 20.04+)

8.2 依存パッケージ

• fastapi — Web フレームワーク
• zenoh-python — 分散通信
• httpx — HTTP クライアント
• pydantic — データ検証
• prometheus-client — メトリクス

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9. ステータス

9.1 実装完了項目

✅ Phase 1: Foundation (52 テストパス) - イベントバス、認証、セキュア通信、World Model、監査ログ

✅ Phase 2: Cognitive Loop (78 テストパス) - PFC、Conscience Circuit、縮退動作、メモリシステム

✅ R5: Cross-Platform-Client (27 テストパス) - Python SDK、PWA Dashboard、Service Worker

9.2 次フェーズ（Phase 3）

⏳ R1: Multi-Platform — 7 種プラットフォーム対応
⏳ R2: Offline-AI — ローカル LLM フォールバック
⏳ R4: Zero-Disconnection — 接続断時の自動復旧
⏳ R3: Genome-Sync — 進化モデル同期

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10. ライセンス

MIT License で公開。商用利用企業は別途「企業向け商用ライセンス契約」が必要。

詳細: dev@moonlight-tech.biz

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関連ドキュメント: - 実装プラン - 詳細仕様書 - BrainOS 設計文書