

Paper Reading: Embodied AI 3
从零开始的Embodied AI研究生活。
前言#
RL菜鸡开始进军Embodied AI,慢慢积累,提升自己。
RoboVerse#
RoboVerse 以 MetaSim 统一多种模拟器、数据与评测协议,构建可扩展的跨 embodiment 机器人学习基础设施。
RoboVerse 关注的不是某一个策略网络,而是机器人学习长期缺失的“可扩展数据—仿真—评测”基础设施。真实机器人数据采集昂贵、硬件依赖强,现有仿真数据又分散在不同模拟器和格式中,导致数据难以复用、算法难以公平比较。论文希望用统一平台把这些碎片连接起来。
核心是 MetaSim。它为不同模拟器提供统一的配置系统和 Gym 风格 API,抽象了环境启动、资产加载、物理步进、传感器和任务定义等接口,因此可以在多个模拟器之间迁移任务和轨迹。平台还支持混合仿真:把物理引擎、渲染器和资产库组合起来,以同时获得较好的物理精度和视觉质量;对于不同机械臂,则通过保留末端位姿和夹爪语义的映射完成 cross-embodiment trajectory transfer。
在数据侧,RoboVerse 将公开数据迁移、策略 rollout、运动规划、遥操作、轨迹增强、域随机化和生成模型结合起来,构造统一格式的高保真数据。正文概述的规模约为 50 万条轨迹、276 个任务类别、5500 个资产和超过 5000 万个状态转移;项目页面与后续版本还继续扩展了任务和轨迹规模。数据覆盖 ManiSkill、RLBench、CALVIN、LIBERO、RoboSuite 等来源,并保留多种相机、物体、光照和机器人设置。
评测协议同时覆盖 imitation learning、reinforcement learning、world model learning 以及 sim-to-sim、sim-to-real。作者把泛化划分为从同分布到任务、物体、场景和视觉条件变化的多个等级,统一训练/测试划分后比较行为克隆和 RL 基线。实验显示,跨模拟器的数据复用、域随机化和高保真渲染能改善策略的分布外表现,也能支持直接 sim-to-real 的验证。
RoboVerse 的价值更接近“机器人学习的公共底座”,而不是单一 SOTA 算法:它降低了接入新模拟器和新任务的工程成本,并让不同方法在相同协议下比较。局限也很明确:合成数据的物理真实性和视觉多样性仍受模拟器与资产质量限制,真实世界复杂接触、软体和长时序任务不能完全由仿真替代;跨模拟器接口统一后仍可能存在动力学和传感器分布差异,sim-to-real 结果需要谨慎解读。
AgiBot World Colosseo#
AgiBot World Colosseo 试图解决机器人基础模型最现实的瓶颈:不是模型参数不够,而是高质量、跨任务、跨场景的真实机器人数据不够。既有 Open X-Embodiment 虽然规模大,却混合了不同硬件、视角和采集标准;DROID 等数据集的场景更丰富,但在规模、质量控制、双臂和灵巧手覆盖上仍有限。
平台在约 4000 平方米的 domestic、retail、industrial、restaurant、office 五类真实场景中,使用 100 多台 AgiBot G1 双臂人形机器人采集数据。最新版本包含 1,001,552 条轨迹、约 2976.4 小时数据,覆盖 217 个任务、87 种技能、106 个场景和 3000 多个物体。机器人配备 RGB-D/鱼眼相机、末端相机、6-DoF 灵巧手以及可选的视触觉夹爪,记录多视角图像、深度、标定信息、本体状态和任务/子任务语言标注。
数据采集采用 human-in-the-loop 流程。任务先经过可行性验证,再由 VR 控制器或全身动作捕捉系统遥操作;本地检查帧完整性,云端进行场景、技能、任务和失败原因标注,人工复核后才进入训练。与简单丢弃失败轨迹不同,约 1% 的失败恢复数据会保留,并标注错误时间点和恢复行为;模型部署反馈还会反过来修正采集规范,例如删除过长的 idle frames。
在模型侧,论文提出 Genie Operator-1(GO-1)。GO-1 使用视觉语言模型和 latent action planner,把人类视频、异构机器人轨迹与 AgiBot World 数据放到统一预训练流程中。潜动作表示将不同 embodiment 的观测变化压缩为可迁移的计划,之后再由目标机器人动作头解码。这样既能利用无动作的人类视频,也能避免直接把不同机器人关节空间硬拼在一起。
实验中,AgiBot World 预训练策略相对 Open X-Embodiment 训练策略平均提升约 30%;即使只使用约十分之一的时长,泛化也能提升约 18%。GO-1 在复杂灵巧和长时序任务上成功率超过 60%,相对 RDT 提升约 32%,且随着数据量增加呈现较平滑的 scaling。论文的局限是所有主要评测都在真实场景中进行,暂时缺少与真实设置对齐的公开仿真环境,复现实验成本较高;数据还集中在 AgiBot G1 这一硬件体系,跨平台迁移仍需额外验证。
UniVLA#
UniVLA(Learning to Act Anywhere with Task-centric Latent Actions)关注跨 embodiment 学习。现有 VLA 大多依赖带动作标签的机器人数据,而不同机器人、视角和控制频率之间差异很大;如果直接把 action 拼在一起,模型会把相机抖动、旁观者运动等与任务无关的变化也当成动作。作者希望从互联网视频和人类第一视角视频中学习一个与 embodiment 无关、但与任务相关的潜动作空间。
方法分三步。第一步从一对相隔约一秒的观测帧出发,用 inverse dynamics encoder 推断 latent action,再由 forward dynamics decoder 重建未来观测;动作 token 在 DINOv2 的 patch 特征空间中学习,而不是直接在像素空间重建,从而降低纹理、光照和镜头运动的干扰。随后使用 VQ-VAE 将 latent action 离散化成 codebook token。第二步,自动回归 VLA 以语言、当前观测和离散 latent action 为输入,学习跨 embodiment 的任务规划。第三步,只训练一个轻量 decoder(约 10.8M 参数),将 latent plan 解码为目标机器人的连续轨迹。
训练数据可以没有动作标签:作者把 RT-1、BridgeV2、DROID、Kuka、TOTO、Taco Play、CALVIN、LIBERO、ManiSkill2 以及人类视频等统一成视频片段,再用语言条件去分离 task-centric dynamics。模型在 BridgeV2 上预训练后,也能继续吸收不同机器人和人类视频;这使得动作表示不再绑定某个机械臂的关节定义。
结果显示,UniVLA 在 LIBERO Spatial/Object/Goal/Long 上分别达到 95.4/98.8/93.6/94.0%,平均约 95.5%;CALVIN ABC→D 和 ABCD→D 平均完成长度为 4.41 和 4.63。在 SimplerEnv 的 WidowX/Bridge 设置中平均成功率约 69.8%,相较既有结果明显提升。world-model 预训练比只做 action-only 训练更重要:在少量下游数据(例如 10% CALVIN 微调集)时仍能保持可用性能,而无 latent world model 的模型几乎无法完成长时序组合任务。
作者指出目前的 post-training 规模研究受算力限制,622K 视频并不代表最终上限;统一自回归 token 框架的训练和推理成本也很高,真实 ALOHA 和 NAVSIM 结果仍属于初步迁移。未来还需要更大视频集、强化学习和更多真实 embodiment 的联合验证。
GraspVLA#
GraspVLA 研究一个具体但基础的问题:能否完全依靠大规模合成动作数据训练出具有 foundation model 特征的抓取策略,从而减少真实遥操作数据的成本。作者构建 SynGrasp-1B,将 Objaverse 中约 10,680 个物体实例、240 个类别放入物理仿真,生成十亿帧、带语言和精确动作标签的抓取数据。
数据流水线先随机化物体布局、初始姿态、材质、光照、背景和相机,再用抓取合成算法得到 force-closure 抓取姿态,用 CuRobo 规划无碰撞轨迹,并在 MuJoCo 中验证成功抬升。为避免模仿策略学到“先停一下再抓”的僵硬动作,作者采用单段平滑轨迹和随机机器人初始位姿;整套数据由 160 张 RTX 4090 运行约 10 天生成。
GraspVLA 由视觉语言骨干和 flow-matching action expert 组成。它提出 Progressive Action Generation(PAG):先自回归预测目标物体 2D bounding box,再预测机器人基座坐标系中的 grasp pose,最后让 action expert 生成连续 action chunk。互联网 grounding 数据只监督 bounding box,合成数据同时监督 box、grasp pose 和动作,因此语义知识与几何动作知识可以共同训练,模型还能对合成类别之外的长尾物体进行开放词汇抓取。
在真实零样本抓取中,GraspVLA 在合成类别和 web 类别上都明显优于 OpenVLA、Octo 和 π0 的对应微调版本;表 1 中各项环境变化下的成功率大多在 86–97% 区间,透明物体上也优于 AnyGrasp。LIBERO 的 Long/Goal/Object 三个 suite 分别约为 82.0/91.2/94.1%。少量示范微调还能学习“不要碰杯内壁”“从拥挤瓶堆中按顺序抓取”等偏好。
局限包括:合成和评测主要使用 Franka Panda 的固定双视角,跨机器人与跨相机配置尚未充分验证;force-closure 标签不建模柔性物体;含糊指令(如“拿食物”“最左边的物体”)仍容易失败;PAG 需要先生成中间 token,L40S 上延迟约 200 ms。当前重点是抓取,推、放置和非抓取操作还需要新的合成器和更复杂的动力学。
GRAPE#
GRAPE(Generalizing Robot Policy via Preference Alignment)认为,单纯用成功示范做 behavior cloning 会把专家隐含的价值观一并“硬拷贝”进策略:有的示范追求完成任务,有的更安全,有的更省动作,但数据没有显式说明这些偏好。模型因此容易在新物体、新场景或不同目标下产生次优轨迹。作者希望在不依赖昂贵在线 RL 的情况下,直接对整条机器人轨迹做偏好对齐。
GRAPE 先用 VLM 将复杂任务拆成时间阶段,并为每个阶段提出空间关键点。用户可以指定 task completion、safety、efficiency、resilience 等对齐目标,随后让 GPT-4o 根据关键点生成阶段性 cost function。模型在当前 VLA(实验主要使用 OpenVLA)上采样多条 rollout,用外部阶段 cost、策略自评 log-likelihood 和二值成功信号组成 GCPG reward,再把高 reward 与低 reward 轨迹配成 chosen/rejected 对。
训练采用 trajectory-wise preference optimization(TPO)。每轮从更新后的策略在线采样,按多阶段 reward 排序,再迭代优化;阶段 cost 用指数衰减聚合,前一阶段失败会降低后续阶段的总体分数。与逐步动作偏好不同,TPO 的梯度贯穿整条轨迹,能同时利用成功和失败样本,并把“安全/效率”等定制目标变成可解释的约束。
在真实和仿真任务上,GRAPE 相比同数据微调的 Octo-SFT、OpenVLA-SFT 和 DPO 基线,in-domain 成功率提升约 51.79%,unseen 任务提升约 58.20%。切换到安全目标时,碰撞率降低约 37.44%;切换到效率目标时,rollout 步数缩短约 11.15%。结果说明偏好优化不只提升平均成功率,也能改变策略的行为风格。
局限在于偏好和 cost 仍由 VLM 自动生成,关键点检测或 VLM 判断错误会把错误偏好写入模型;在线采样虽然比完整 RL 便宜,仍需要多轮真实/仿真 rollout。多阶段拆分假设任务可以被清晰分段,对高度连续、接触丰富或需要全局协同的技能未必合适;论文也主要在有限的机械臂任务上验证,尚未覆盖移动机器人和长期自主运行。
A0#
A0 针对机器人操作中经常被忽视的空间 affordance:不仅要知道“抓哪个物体”,还要知道“在物体哪里接触、接触后沿什么轨迹运动”。端到端 VLA 往往直接回归动作,容易在擦桌面、堆叠或倒液体等任务上缺少明确的空间中间表示;模块化 VLM 方法则常停留在框或稠密 heatmap,难以表达接触后的运动。
A0 采用层次化结构。高层 Spatial Affordance Understanding 模块输出 Embodiment-Agnostic Affordance Representation,包括目标物体的 object-centric contact point 和 post-contact trajectory;低层 Action Execution 模块再结合深度相机、2D-to-3D 投影、抓取姿态估计和机器人运动规划执行。这样高层表示不依赖具体机械臂的关节数量,能够迁移到 Franka、Kinova、Realman 和 Dobot 等平台。
模型以语言编码器和图像编码器为输入,使用 Position Offset Attention 把运动相关的局部特征提取出来,再用 Spatial Information Aggregation Layer 将二维视觉坐标映射到精确空间位置。训练先在约 100 万个 contact-point 数据上做 affordance 预训练,再用标注的空间轨迹数据进行监督微调;DiT block 负责生成接触后的轨迹,action module 将其转换成具体控制量。
论文报告 Franka 平均成功率 62.50%、Kinova 53.75%,在 Wipe Board 轨迹跟随任务上约 45%,并在双臂和多种物体交互上优于直接动作回归的 VLA。其意义在于把“可操作性”作为跨 embodiment 的中间层,而不是把视觉理解和控制完全割裂。
局限是高层 affordance 仍需要接触点和轨迹标注,数据构建成本不低;二维点到三维坐标依赖深度相机标定,遮挡、透明物体和柔性物体会影响精度。模型目前聚焦桌面操作,复杂动态场景、移动底盘和真正的闭环失败恢复仍未充分评估。
OneTwoVLA#
OneTwoVLA 试图把“会想”和“会做”放进同一个 VLA,而不是用两个互不了解的系统拼接。传统 dual-system 让高层 VLM 先写计划、低层 VLA 再执行,容易出现高层提出低层做不到的动作,也会因为高层每次都重新推理而产生明显延迟。OneTwoVLA 让一个模型在执行过程中自适应决定何时进入 reasoning mode、何时直接输出动作。
模型以 π0 为动作基座,使用两个特殊决策 token:[BOR] 表示开始推理,[BOA] 表示开始动作。每个时刻模型先根据多视角图像、上一次推理参考图、指令、历史摘要和本体状态预测决策 token;若选择 [BOR],生成场景描述、任务计划、历史总结和下一步指令;若选择 [BOA],则沿用最新 reasoning 内容生成连续 action chunk。完成子任务、检测到失败或需要询问用户时才触发推理,其他时刻保持快速执行。
为训练这种交错结构,作者把机器人轨迹切成 reasoning interval 和 acting interval,并自动标注推理边界。随后用 Gemini 2.5 生成场景描述、计划、历史摘要和 next-step instruction,还构建包含空间关系、物体属性和多步骤任务的合成视觉语言数据,与机器人数据共同训练。人机交互文本会被追加到后续 instruction,使模型能在执行中接受澄清或纠正。
实验覆盖长时序烹饪、hotpot、cocktail、错误恢复、自然语言交互和 visual grounding。论文报告长时序规划相对 flat VLA 提升约 30%,相对始终调用高层模型的 dual-system 提升约 24%;在 tomato-egg 任务中总执行时间约 184 s,明显低于始终推理的系统。模型能发现抓取失败、重新规划,并在用户临时说“换一个/不要这个”后立即更新动作。
限制是自适应触发依赖合成推理标注,边界判断错误会导致过少或过多的 reasoning;模型仍以 π0 和现有 flow action expert 为基础,长时序真实任务的规模和硬件覆盖有限。推理内容也不保证完全忠实于内部决策,且每次进入 reasoning mode 仍会带来不可忽略的延迟。
RDT-1B#
RDT-1B(Robotics Diffusion Transformer)面向双臂操作中两个互相放大的难题:动作维度翻倍后分布高度多峰,而双臂示范又比单臂更昂贵、更稀缺。直接用 MSE 或离散 token 学习容易得到两种动作模式的平均值,造成两只手不协调;只用目标双臂数据又不足以支撑 foundation model 规模。
RDT 使用 1.2B 参数的 Diffusion Transformer,通过迭代去噪生成 action chunk,利用扩散模型表达双臂动作的多模态分布。架构对机器人数据做了专门修改:用 MLP decoder 处理动作的非线性和高频变化,改进归一化,并交替注入图像和文本条件。更关键的是 Physically Interpretable Unified Action Space:把不同机器人的末端位姿、关节或轮子动作按照物理含义映射到统一向量,而不是按索引生硬拼接。
预训练阶段汇总 46 个多机器人数据集,约 100 万条 episode;微调阶段在自建目标双臂数据上收集 6000 多条轨迹、300 多个挑战任务。输入包含外部相机、左右腕相机、语言、频率和本体状态,模型一次预测多个未来动作。为了满足实时性,部署时把扩散采样步数从 100 降到 5,动作 chunk 频率约 6 Hz,单动作频率约 381 Hz。
在 ALOHA 双臂机器人上,RDT 相比 ACT、OpenVLA 和 Octo 的整体成功率提升约 56%,可以零样本处理未见物体、场景和语言指令,并用 1–5 条示范学习新技能。论文还展示了倒水、交接折衣、操纵机器狗摇杆等需要细粒度双手协同的任务;消融表明扩散建模、模型规模和预训练数据规模都贡献明显。
局限是 1.2B 模型和多步去噪仍需要较高显存与计算,实时设置依赖减少采样步数和特定硬件;统一动作空间主要覆盖带夹爪的机器人,灵巧手、移动底盘和接触丰富任务的映射未充分验证。预训练数据以单臂为主,跨机器人迁移最后仍依赖目标双臂微调,不能完全消除 embodiment gap。
Octo#
Octo 是一个完全开源的 generalist robot policy,核心目标是让下游研究者不必为每个新机器人和新传感器从零训练。它在 Open X-Embodiment 的 25 个数据源上训练约 80 万条轨迹,覆盖单臂、双臂、语言指令、目标图像、腕部相机和第三视角相机。
模型把不同输入都转成 token:语言由 T5-base 编码,图像经过浅层 CNN 切成 patch,目标图像和本体状态也各自有对应 tokenizer。Transformer 处理统一序列后输出 readout token,再交给动作头。其 block-wise attention 允许在微调时增加或删除 observation、task 和 action head,而不必改动预训练主干,因此可以从末端位姿控制切换到关节控制,或加入新的力觉/相机输入。
动作头使用 conditional diffusion 预测连续 action chunk,而不是逐维离散化。扩散头能够表达一条观测对应的多种合理动作,特别适合插入、倒咖啡等多峰行为。Octo 提供 27M 和 93M 两个模型,支持语言或 goal image 条件,并发布预训练权重、数据管线和微调脚本。
作者在 9 个机器人平台上做了 zero-shot 和 few-shot 评估。预训练数据中的机器人可以直接控制;对于新观测空间、新动作空间和新任务,只需少量目标域数据、消费级 GPU 上数小时即可完成微调。消融显示,扩大数据混合、使用更灵活的 token 接口和 diffusion action head 都比窄化的单一输入/离散动作设置更稳定。
Octo 的边界也很清楚:80 万轨迹虽然在当时最大,但数据质量、语言标注和机器人形态仍不均衡;新 embodiment 仍需微调,并非真正的零样本通用控制。93M 模型对复杂灵巧技能的容量有限,扩散采样也带来推理开销;长时序规划、触觉和移动机器人任务不是论文主要覆盖范围。
FAST#
FAST(Frequency-space Action Sequence Tokenization)解决的是自回归 VLA 的一个底层但关键的问题:把连续动作按“每个维度、每个时间步”简单分桶,会产生高度相关的 token。模型只要复制上一个 token 就能获得低训练损失,却学不会高频、灵巧和长动作序列。
作者把动作 chunk 看成时间序列,先对每个维度做离散余弦变换(DCT),在频域中用少量系数表达整段轨迹,再量化并进行 byte-pair encoding。这样相邻 token 的相关性下降,Transformer 可以用普通 next-token prediction 学习高频动作。FAST+ 进一步在 100 万条真实机器人轨迹上训练成通用 tokenizer,覆盖单臂、双臂、移动机器人和不同控制频率。
在 π0 上使用 FAST 得到 π0-FAST 后,模型可以处理此前离散分桶完全失败的高频灵巧任务,也能在 DROID 这类大规模 in-the-wild 数据上训练。论文报告,结合 FAST 的自回归 VLA 在约 1 万小时机器人数据上达到接近 diffusion VLA 的表现,同时训练时间最多减少 5 倍。频域压缩还减少了动作序列长度,改善了高控制频率下的学习稳定性。
FAST 的重要性不只在于一个编码器,而是揭示了 action tokenization 会直接决定 VLA 的能力上限。它适合训练阶段统一语言和动作,但推理仍需自回归生成 token,控制频率和延迟通常不如连续 diffusion/flow expert;量化误差、DCT 窗口长度和不同机器人的动作范围也需要校准。FAST+ 的通用性主要在已有机器人轨迹分布内验证,对全新传感器、接触动力学和极高频闭环控制仍需更多实验。
Magma#
Magma 试图把数字世界的 UI agent 和物理世界的机器人放进同一个多模态 agent。作者认为,普通 VLM 具备“verbal intelligence”,却不懂空间和时间动作;而专门的 VLA 虽然会动,微调后又常丢失通用视觉语言理解。Magma 用统一的 action grounding 任务把两者连接起来。
核心是 Set-of-Mark(SoM)和 Trace-of-Mark(ToM)。在静态图像中,SoM 给可点击按钮、物体或机器人末端加编号标记,模型预测下一个应操作的 mark;在视频中,ToM 用点跟踪器提取手、机械臂或物体的未来轨迹,模型预测这些 mark 的时空变化。这样没有动作标签的 UI 截图、教学视频和机器人视频都可以转成统一的“看图—定位—行动”训练样本。
Magma 使用约 3900 万条多模态样本,混合图像文本、Ego4D/Something-Something 视频、UI 数据和 Open X-Embodiment 机器人轨迹。模型从一个视觉语言骨干出发,用统一 token 预测语言答案、2D UI 操作坐标或机器人 action token;之后可以在 Mind2Web、AITW、SimplerEnv、Bridge、LIBERO 和真实 WidowX 上 zero-shot 或轻量微调。
单一 Magma 模型在 UI navigation 和机器人 manipulation 上达到开源模型中的 SOTA,同时保持 GQA、TextVQA、VideoMME 等理解能力。论文强调,SoM/ToM 比直接把 7-DoF 动作塞进语言词表更容易跨域,尤其在 sim-to-real 场景中能利用视频的空间和时间先验;在 SimplerEnv 的 Google Robot/Bridge 任务上,预训练模型比只用机器人数据的版本明显更稳。
局限包括:SoM/ToM 依赖点跟踪、检测和自动标注质量,遮挡、快速运动和镜头运动会产生噪声;机器人动作在训练中仍被离散化或转成文本 token,精细连续控制能力不如专门 diffusion/flow policy。39M 样本来源异构,统一标记并不等于统一物理动力学;真实实验主要是 WidowX 和桌面操作,移动、双臂和高频灵巧控制还需要专门适配。
ChatVLA#
ChatVLA 研究如何让一个模型同时“聊天、理解图像、控制机器人”。作者先系统分析三种训练方式:只用机器人轨迹会让模型几乎失去问答能力;直接混入 image-text 数据又会损害控制;在机器人数据中加入固定 reasoning 文本虽然有所帮助,但仍不能解决任务干扰。论文将前一种现象称为 spurious forgetting,后一种称为 partial task interference。
方法包含两个关键点。第一是 Phased Alignment Training:先用机器人数据把模型训练成可靠的控制器,同时保留少量 reasoning 监督;然后再逐步加入视觉问答、caption、OCR 和 multimodal understanding 数据,重新激活原有视觉—语言对齐。第二是 MLP 层上的 Mixture-of-Experts:控制和理解共享 self-attention,以交换空间和语义特征,但分别使用 task-specific MLP,减少参数竞争;action head 与 LLM head 也分开。
实验覆盖 TextVQA、DocVQA、MMMU、MME、MMStar 等理解基准,以及厨房、浴室、桌面 25 个真实机器人任务。ChatVLA 在 MMMU 上约为 6 倍于 ECoT,在 MMStar 得到 47.2%,且视觉语言骨干参数更少;真实 25 任务总成功次数为 55/107,高于 OpenVLA 的 20/107 和 Octo 的 18/107。论文还通过数据设置消融验证:reasoning 数据可以部分恢复对话能力,并改善控制泛化,而直接 co-training 若无阶段策略会明显降低动作成功率。
这项工作说明 VLA 的“遗忘”不一定是预训练知识完全消失,可能是机器人动作目标改变了内部表示的对齐方式。局限是理解和控制仍依赖手工设定的阶段比例及 MoE 路由,25 个真实任务规模有限;对长时序、多机器人和连续动作分布的验证不足。模型同时维护多个专家会增加参数与训练复杂度,如何在不牺牲控制频率的情况下扩展更大视觉语言骨干仍是问题。
ChatVLA-2#
ChatVLA-2 在 ChatVLA 的基础上进一步追问:如果 VLA 真的保留了预训练 VLM 的知识,能否在训练时从未见过的数学题、OCR 字体、物体和空间关系上直接控制机器人?作者将目标定义为两种能力:open-world embodied reasoning(继承 VLM 的识别、数学和空间知识)以及 reasoning following(把语言推理可靠地转成动作)。
模型以 Qwen2-VL/DexVLA 为基础,在 VLM 的 MLP 层引入 Dynamic Mixture-of-Experts,共 8 个专家、推理时动态选择 2 个。部分专家学习多模态理解,部分专家学习机器人控制,也允许共享空间关系等有益特征;动态路由保留原始 Qwen2-VL 结构,避免静态拆分破坏预训练知识。另一个 reasoning-following module 用 reasoning token 替换后半段 action expert 的 observation embedding,使动作生成明确受当前推理条件化。
训练分两阶段。Stage 1 以 COCO、TextVQA、GQA 和机器人数据 co-training,建立图像文本知识到动作的连接;Stage 2 冻结整个 VLM,只训练 action expert,让它学习遵循任意新推理而不再破坏语言知识。作者只用 600 条 math-matching 和 300 条 toy-placement 轨迹,并给机器人数据加入 reasoning 文本。
真实实验的 math matching game 要求双臂机器人读取白板算式、找到对应数字卡并按顺序抓取。开放世界设置中的算式和手写字体都未出现在训练数据里,ChatVLA-2 达到 OCR 3.58/4、数学推理 1.73/2、43/52 次任务成功(82.7%),而其他基线几乎为零。Toy placement 的开放世界设置中,模型物体识别 0.94、空间 affordance 0.88、127/156 次成功(81.4%),明显高于 DexVLA、ChatVLA 和 π0。
局限是实验集中在两个精心设计的桌面任务,尚未证明对任意开放世界长时序任务都有效;动态 MoE 增加推理计算,且第二阶段冻结 VLM 后动作专家仍可能无法覆盖复杂接触技能。模型是否真正“遵循”内部推理,而不是利用任务相关捷径,也需要更多因果干预和更大规模盲测。
RoboBrain#
RoboBrain 把机器人“大脑”拆成三个从抽象到具体的能力:long-horizon planning、object affordance perception 和 end-effector trajectory prediction。现有 MLLM 往往能描述场景,却不会把“把杯子放到盘子上”拆成可执行子任务,也不能在每个子任务中指出接触区域和轨迹。
作者构建 ShareRobot,从 Open X-Embodiment 的 23 个源数据集中筛选 51,403 条高质量实例,过滤低分辨率、失败、描述模糊和短视频。三位标注者为数据添加任务分解、当前/未来子任务、成功/失败、affordance box 和 gripper trajectory。最终得到约 1,027,990 个 planning QA,另有 6,522 张 affordance 图和 6,870 张 trajectory 图,覆盖 102 个场景、12 种 embodiment 和 100 多种原子动作。
RoboBrain 基于 LLaVA,使用多阶段训练:先用 LCS/OneVision 图文数据获得通用理解,再加入高分辨率图像和长视频,最后用 A-LoRA 专门训练 affordance、用 T-LoRA 专门训练 trajectory。输入可以是单帧、多帧或长视频,输出既可以是自然语言计划,也可以是标准化的框坐标、轨迹 waypoint 和成功判断。
在 RoboVQA、OpenEQA、affordance 和 trajectory benchmark 上,RoboBrain 达到或接近 SOTA。它能回答“下一步做什么”“当前动作是否可执行”“未来会发生什么”等问题,并把同一套数据用于规划和视觉 grounding。这里的贡献更偏向数据和统一训练 recipe,而不是一个直接控制关节的 VLA。
局限是大量 planning QA 由 Gemini 生成后再人工抽检,标注质量与模型偏差可能互相传递;affordance 仍用 2D 框、trajectory 仍用 2D 点,深度遮挡和真实运动学需要额外模块。RoboBrain 本身不直接输出连续动作,落地时还要接 action policy 或规划器;长视频记忆、跨 embodiment 控制和在线失败恢复尚未充分验证。
CoT-VLA#
CoT-VLA 将语言模型里的 Chain-of-Thought 改成视觉形式:机器人不直接从当前图像跳到动作,而是先预测一个未来 subgoal image,再根据这个图像生成一小段动作。未来图像天然存在于机器人示范中,因此相比人工写文字计划,额外标注成本较低;无动作的人类视频也可以参与训练视觉推理部分。
模型建立在 VILA-U 7B 上,输入语言、当前观测和历史帧。第一阶段自回归生成若干 visual tokens,表示未来 (n) 帧的子目标;第二阶段同时读取当前观测和子目标图像,使用 full attention 一次预测 action chunk。训练时对视觉/文本 token 使用 causal attention,对 action token 使用 hybrid/full attention,避免把动作维度按语言 token 串行生成。
预训练混合 Open X-Embodiment 机器人示范与 EPIC-KITCHENS、Something-Something 等 action-less 视频。视觉目标预测只需视频帧,动作生成仍使用带动作的机器人数据;部署时每执行一个短 chunk 就重新拍摄观测,形成闭环。这样中间图像不仅是可视化解释,也是动作条件。
在 LIBERO 四个 suite 上,CoT-VLA-7B 达到 Spatial 81.13%、Object 87.5%、Goal 91.6%、Long 87.6%,平均表现优于或接近基线;Bridge-V2 的 motion/semantic/action 等泛化类别也优于 OpenVLA。Franka tabletop 六个任务上,模型平均成功率最高;使用真实示范中的 ground-truth goal image 会再提升约 40 个百分点,说明视觉推理质量是主要瓶颈。
主要限制是生成中间图像需要逐 token 解码,论文报告推理速度约慢 7 倍;图像预测可能出现幻觉或模糊,最终动作仍会被错误目标带偏。动作 chunk 降低了反馈频率,难以处理快速接触和突发失败;当前视觉预训练数据规模也受算力限制,尚未覆盖更复杂的灵巧手与长时间操作。
Interleave-VLA#
Interleave-VLA 认为,机器人只接受文字指令是泛化瓶颈。诸如“拿和这张图一样的物体”“把这个放到那个旁边”很难用文字唯一描述,而 cropped image、网页照片或手绘草图可以直接提供 in-context visual grounding。论文因此把 VLM 常用的交错图文输入扩展到连续低层机器人控制。
方法尽量保持模型无关:在原有 π0/OpenVLA 的 tokenizer 中加入 <BOI>/<EOI> 等分隔 token,允许任意 text-image-text 序列进入 VLA,核心 action expert、flow matching 目标和超参数不变。训练时使用自动构建的 Open Interleaved X-Embodiment Dataset:解析原文字指令,用开放词汇检测器定位目标物体,再从机器人帧裁出对象图或插入互联网图片,生成诸如“把 [图像] 放进 [图像]”的交错指令。
数据集整合 11 个 OXE 数据源,约 210K episodes、13M 帧、3500 多个物体,并混合真实相机 crop、网页照片、简单图形和手绘 sketch。论文还分析了 Text-VLA 的三种 attentional hallucination:语言歧义引起的 attention bias、注意力扩散以及目标与场景之间的 attention leakage;交错图像提供更直接的视觉锚点,可降低这些错误。
在 SimplerEnv 中,熟悉任务上 Interleave-VLA 与 Text-VLA 基本持平;未见物体和场景上,完整 Interleave-VLA 平均成功率约 60.7%,而 Text-VLA 约 30.5%,接近 2 倍。真实机器人实验中,使用交错数据预训练后,目标物体正确拾取率和任务成功率通常提高 2–3 倍。模型还可以零样本理解训练中没有出现的网页图片和手绘草图,并可较小改动迁移到 OpenVLA。
局限是自动生成的 crop/检测标签可能把背景、遮挡或相似物体裁错;训练数据依赖 OXE 的文字说明和有限 embodiment,不能覆盖任意多图关系。交错输入增加视觉 token 数量,长指令会提高显存和推理延迟;目前评测主要是桌面抓取,视频指令、触觉和长时序交互仍待验证。
Knowledge Insulating Vision-Language-Action Models#
Knowledge Insulating VLA 研究一个常被忽略的训练动力学问题:给预训练 VLM 接上随机初始化的 diffusion/flow action expert 后,动作专家的梯度会反向污染 VLM backbone,导致训练变慢、语言跟随变差,并削弱 web-scale 视觉语言知识迁移。作者提出“知识绝缘”而不是简单冻结 backbone。
核心做法是同时保留两种动作表示。VLM backbone 用 FAST 离散动作 token 和通用 VLM 数据做 next-token prediction,获得稳定的表征学习信号;小型 action expert 用连续 action chunk 做 flow matching,负责高频、精确控制。通过在 action expert 与 backbone 的 cross-attention 边界 stop-gradient,连续动作损失不会更新预训练 VLM,但 backbone 仍会被离散动作和图文任务适配。
论文在 π0 架构上比较多种 recipe:纯 continuous action 的 π0、纯 FAST 的 π0-FAST、冻结 backbone、joint training、VLM co-training 和 knowledge insulation。实验覆盖 LIBERO、DROID、移动双臂机器人及多种长时序桌面任务。结果显示,绝缘模型训练更快、语言指令跟随更好,同时保持 flow expert 的连续控制优势;在 LIBERO 上从 generalist model 初始化的模型达到 Spatial 98.0、Object 97.8、Goal 95.6、Long 85.8、LIBERO-90 96.0,整体优于仅离散或无 stop-gradient 配置。
作者还证明,VLM 图文数据不是“可有可无”的正则项:在未见物体的移动操作中,co-training 明显提高 OOD follow rate;而仅冻结 backbone 会因为没有机器人适配梯度而限制控制能力。离散 token 在训练阶段、连续 expert 在推理阶段的组合,正好把“容易训练”和“快速执行”分开。
局限是同时预测离散和连续动作使训练计算量增加约 20%,架构和 mask 设计较复杂;语言跟随仍会受到数据中的动作—指令相关性影响,并非完全解决。stop-gradient 主要在 π0/flow expert 上验证,其他 VLA、灵巧手和更大 VLM 是否同样受益还需要测试;训练时仍需准备 FAST token 和通用 VLM 数据,工程门槛并没有完全消失。
Hi Robot#
Hi Robot 针对的是开放环境里的“非原子”指令:用户不会总是说“拿起杯子”,而是会说“做一个不放番茄的素食三明治”“只收走垃圾,不要动餐盘”,并在执行过程中追加纠正和限制。单一 flat VLA 往往只能复读训练过的短指令,遇到组合任务或中途反馈就失去上下文。
系统采用类似 System 2/System 1 的层次结构。高层 VLM 接收场景图像、用户长指令和实时反馈,输出下一步原子语言命令,也可以生成澄清或确认文本;低层 VLA 接收这些简单命令和当前观测,用 flow-matching action expert 连续输出动作 chunk。高层每隔约一秒或收到新用户交互时重新推理,低层则以较高频率执行,从而兼顾语义灵活性和控制反应速度。
高层模型的训练数据不只来自人工标注。作者先用 VLM 读取机器人轨迹和原子命令,再反向合成“可能导致该动作的复杂用户提示、约束和中途纠正”,构成 open-ended synthetic interaction 数据;同时保留人工标注的原子行为。这样模型能学习“只拿黄色物体”“不要碰泡菜”“这不是垃圾,放回去”等组合语言,并把它们映射到低层可执行动作。
实验覆盖单臂、双臂和移动双臂平台,任务包括清理杂乱桌面、制作三明治、买杂货。Hi Robot 在 instruction accuracy 和 task progress 上平均比 GPT-4o 高约 40%,也优于 flat VLA;用户在任务中说“留下其余的”“再拿一包 KitKat”时,系统能即时更新后续动作。去掉合成交互数据后,模型容易忽略澄清和约束;去掉层次分解则会退回清空所有物品等默认策略。
局限是高层合成数据依赖 prompt engineering,生成的复杂指令不一定覆盖真实用户分布;高层和低层模型彼此并不知道对方能力,低层失败不会自动反馈给高层。固定低频调用高层仍有延迟,未来需要异步、自适应多层推理,以及把两个模型在训练或推理阶段更紧密地耦合。
Scenethesis#
Scenethesis 是一个 training-free 的文本到交互式 3D 场景生成框架,面向仿真、游戏、VR 和 Embodied AI。单独使用 LLM 规划场景时,模型知道“沙发和茶几应该共存”,却常把椅子朝向柜子、把小物体悬在空中或让物体互相穿插;而传统学习方法受限于小规模室内数据集,难以生成户外和非住宅场景。
框架由四个 agentic 模块组成。第一步,LLM 根据文本和 Objaverse 资产库选择物体,确定 anchor object,并生成粗粒度层次布局。第二步,视觉模块调用图像生成器、Grounded-SAM 和 DepthPro,把粗布局细化为带对象分割、深度和关系的 scene graph。第三步,物理感知优化模块通过 RoMa 语义对应匹配,把 3D 资产投影到视觉引导图;再用 signed distance field(SDF)约束碰撞、尺度、落地和稳定性,迭代调整每个物体的 5DoF 位姿。最后由 VLM judge 检查整体空间一致性,必要时触发重新规划。
和只检测 3D bounding box 的方法不同,Scenethesis 用 mesh-level SDF 处理小物体穿插,并区分 object collision、scene collision、instability、可达性和 walkable area。它不需要额外训练 3D layout 模型,因此可以从语言先验扩展到 beach、warehouse、hospital、museum 等室外或非住宅场景。
在 22 个室内场景、6 个主类别和 12 个子类别上,Scenethesis 的 CLIP/BLIP/VQA 对齐、物体多样性、布局一致性和空间真实感整体优于 DiffuScene、PhyScene、SceneTeller 与 Holodeck。人类偏好评测也显示,在 shopping、tourism、sports 等训练数据稀少的类别中优势更明显;生成的可编辑对象和环境图可直接用于交互式仿真。
局限是整个 pipeline 依赖多个外部模型(LLM、图像生成、分割、深度、对应匹配),推理成本和错误累积较高;图像引导是部分视角,遮挡和深度估计错误仍会导致几何错位。物理约束主要针对地面物体布局,软体、液体、复杂动力学和可操作性尚未建模;生成场景的“看起来合理”也不等同于真实机器人能稳定完成任务。
LBM#
LBM(Large Behavior Model)论文的重点不是再提出一个更大的 VLA,而是严谨地检查“大规模多任务预训练到底有没有用”。作者指出,许多 LBM 论文的真实世界样本很少、初始条件不一致、没有盲测和统计检验,很难区分预训练收益与实验偶然性。因此本文固定 Diffusion Policy 范式,系统比较多任务预训练后微调和单任务从零训练。
模型输入两步观测历史、最多六路 RGB、双臂末端位姿/相对位姿/夹爪状态和语言;CLIP ViT-B/16 提取视觉语言特征,8 层 768 维 DiT 预测 16 步、每步 20 维动作。部署频率为 10 Hz,每次执行前 8 步后重新规划。训练流程是先混合全部数据预训练,再按任务微调;评测随机化策略顺序和初始条件,并同时报告成功率(SR)与按里程碑计算的 task completion(TC)。
数据总称 Ramen,约 1695 小时:TRI-Ramen 545 小时(真实 468 小时、仿真 45 小时、UMI 32 小时)加约 1150 小时 OXE-Ramen。平台是 9 个站点的双 Franka FR3。仿真覆盖 16 个 seen 和 8 个 unseen 任务,每个策略/条件通常约 200 次 rollout;真实评测包含 3 个 seen 与 5 个 unseen 任务,每个条件 50 次,总计约 47,000 次仿真和 1,800 次真实试验。作者使用 Bayesian posterior、Bonferroni/CLD 和顺序检验来报告不确定性。
主要结论是:在相同微调数据量下,预训练 LBM specialist 通常优于从零训练的 single-task policy;达到后者相近性能时,LBM 只需要约 1/3–1/5 的任务示范。优势在外观、站点和物体分布偏移下更明显,且随着预训练数据量和任务多样性平滑增长。完全不微调的 LBM zero-shot 表现却不稳定,说明“预训练规模大”并不自动等于可执行策略。
这篇论文的局限也很有警示意义:训练随机性没有纳入完整统计模型,真实每条件 50 次 rollout 仍会受到初始场景和人工评分误差影响;评测后还发现部分预训练 batch 使用了错误的 data normalization,主实验没有重跑昂贵的真实试验。小型 CLIP 文本编码器使语言 steerability 偏弱,低运动帧过滤对 LBM 与单任务模型的影响方向也不一致;结论主要针对双臂桌面 DiT,不能直接外推到更大 VLA 或其他 embodiment。
UniVLA#
这篇 UniVLA 与前面的 task-centric latent action 论文不同,它把问题推进到“视觉、语言和动作是否可以原生共享一个 token 空间”。作者认为多数 VLA 是语言中心的 late fusion:静态图像经过额外视觉编码器后才接入动作头,难以学习视频里的时间和因果结构,也难以让动作反过来影响视觉预测。
模型采用约 8.5B 参数、类似 Emu3 的纯自回归 Transformer,不额外依赖独立 ViT 或 action head。语言使用文本 token,图像经 VQ tokenizer 离散化,连续动作经 FAST/DCT 压缩后离散化;三者共享词表并按时间交错排列。训练第一阶段是 world-model post-training:给定文本和视频帧,只对视觉 token 计算 loss,学习指令条件下的未来状态。第二阶段是 policy fine-tuning:序列变成 ,只对 action token 计算 loss。
作者汇总约 622K 个机器人视频,来源包括 RT-1、BridgeV2、DROID、Kuka、TOTO、Taco Play、FMB、CALVIN、LIBERO、ManiSkill2、SSV2 等。模型在 CALVIN 34 个任务、LIBERO 四个 suite、SimplerEnv WidowX/Google Robot 上测试,并做了视觉未来预测、空间 grounding、ALOHA 真实操控和 NAVSIM 驾驶的初步迁移。
CALVIN ABC→D/ABCD→D 平均完成长度为 4.41/4.63;LIBERO Spatial/Object/Goal/Long 为 95.4/98.8/93.6/94.0%,平均约 95.5%;SimplerEnv-Bridge-WidowX 平均约 69.8%。world-model post-training 比 action-only 明显有效,LIBERO、SimplerEnv 和 CALVIN 长时序指标都大幅提升,甚至只用 10% 下游微调数据也能保持约 3.19 的 CALVIN 平均长度。
限制是 8.5B 纯自回归模型训练和推理成本很高,主结果仍以仿真为主;真实 ALOHA 与 NAVSIM 只属于初步迁移。作者明确表示受计算资源限制,post-training 的规模规律还没有充分研究,统一 token 框架与 RL 的结合也留待未来。
SmolVLA#
SmolVLA 追求的是“足够强但真的能买得起”的 VLA。现有模型往往数十亿参数,需要大型数据中心训练和高端 GPU 推理;社区里的低成本 SO-100/SO-101 机器人虽然可以采集数据,却很少被纳入公开基础模型。论文目标是单 GPU 训练、消费级 GPU/CPU 部署,并通过异步执行降低动作等待时间。
模型基于 SmolVLM-2,只取视觉语言骨干前半部分(主模型前 16 层),图像只使用全局视图和 pixel shuffle,每帧压缩到 64 个 visual token;机器人状态投影成 token。约 450M 参数(action expert 约 100M)的 flow-matching expert 生成 50 步 action chunk,使用交错 cross-attention 与 causal self-attention,让动作块既能读取视觉语言条件又保持时间一致性。
训练数据从 Hugging Face 的 481 个社区数据集筛选,约 22.9K episodes、10.6M 帧,主要是 SO-100 的多任务轨迹;Qwen2.5-VL-3B 自动重写噪声指令,并人工统一 top/wrist/side 相机顺序。评测覆盖 LIBERO、Meta-World、SO-100 真实 pick-place/stack/sort 和未见过 embodiment 的 SO-101 Lego pick-place。RobotClient/PolicyServer 把动作执行和新 chunk 推理放到异步队列,还能将策略放在远程 GPU。
450M 模型在 LIBERO 平均 87.3%(Spatial 90、Object 96、Goal 92、Long 71),Meta-World 平均 57.3%;SO-100 多任务平均约 78.3%,高于 π0 的 61.7%,SO-101 Lego pick-place 达到 90%。异步模式成功率与同步模式相近,但平均完成时间从 13.75 s 降至 9.70 s,固定时间内完成次数约翻倍。
局限是预训练几乎只有 SO-100 embodiment,数据规模远小于百万级 VLA;小模型容量、SmolVLM-2 主要面向 OCR/文档预训练、尚未联合通用多模态数据,都会限制开放世界能力。当前任务较短且主要依赖 imitation learning,长时序、复杂接触、RL 和更广泛跨 embodiment 泛化尚未解决。
ThinkAct#
ThinkAct 是一个“慢思考、快执行”的双系统 VLA。端到端 VLA 直接从图像和语言回归动作,往往缺少长时序计划,也没有明确的失败反思;已有 CoT 方法依赖昂贵的人工/模型推理轨迹,普通 QA 奖励又不能保证推理和动作对齐。ThinkAct 用 action-aligned visual reward 训练高层推理,再把推理压缩成 visual plan latent 交给低层动作模型。
Reasoning MLLM 使用 Qwen2.5-VL 7B,根据当前观测和指令生成文本计划及长度为 8 的二维夹爪轨迹;Q-Former latent projector 将其压缩为高层空间—时间意图。低层是约 432M 参数的 DiT diffusion policy,接收 latent、状态和图像后生成连续动作 chunk。训练时冻结 MLLM,只在目标环境更新 action model、state encoder 和 projector;推理时两者可以异步运行。
RL 阶段采用 GRPO,不用单一任务成功率,而是把视觉反馈做成两个奖励:goal reward 比较预测轨迹的起终点与目标,trajectory reward 用 DTW 对齐整条轨迹,再加 format reward。SFT/RL 数据混合 OXE、Something-Something V2、RoboVQA、EgoPlan、RoboFail 和 LLaVA-Video,覆盖机器人轨迹、失败恢复和具身问答。
在 SimplerEnv 的 Google/Bridge 设置中,整体成功率分别为 71.5%、65.1% 和 43.8%;LIBERO 平均 84.4%,Long 70.9%。EgoPlan-Bench2、RoboVQA 和 OpenEQA 上分别达到约 48.2、59.8 BLEU 和 56.2 的整体分数。短视频上下文还能让模型识别“中途掉落”并重新规划抓取,展示自我纠错和少样本适应能力。
局限是 ThinkAct 继承基础 MLLM 的视觉/空间幻觉,错误计划会直接影响动作;轨迹检测、关键点提取和离线 latent 缓存增加工程依赖,强遮挡或新相机下可能失效。训练需要多张高端 GPU,推理仍需同时运行大 MLLM 与动作模型;在安全关键场景中,错误 CoT、模糊指令和过度信任模型反思都可能产生风险。
VIDAR#
Vidar 将机器人策略拆成“视频先验 + 逆动力学适配器”,目标是让一个视频模型迁移到多个 embodiment。传统 pixel-to-action VLA 需要大量目标机器人示范,且容易受相机视角、背景和遮挡影响;而视频包含动作连续性、接触和场景动力学,可以先在更丰富的数据上学习,再用很少的示范对齐动作空间。
形式上 : 是条件 rectified-flow 视频扩散模型,输入机器人类型、相机布局、任务语言、多视角观测,预测未来可执行视频; 是 Masked Inverse Dynamics Model(MIDM),把短视频窗口转成目标机器人的动作。作者把约 750K 跨平台多视角机器人片段投影到 unified observation space,预训练阶段不输入动作,只学习不同 embodiment 下的世界演化;目标平台再用少量视频微调。
MIDM 由 U-Net mask predictor 和 ResNet action regressor 组成,通过动作回归误差和 mask 稀疏正则学习关注手、工具和接触区域,不需要像素级 segmentation 标签。扩散视频采样具有随机性,作者还使用 test-time scaling:并行生成多个候选视频,用 CLIP/VLM(真实实验为 GPT-4o)按任务相关性和物理合理性排序后再解码动作。
仿真 RoboTwin 50 任务中,low-data clean/randomized 的成功率为 60.0/15.7%,standard clean/randomized 为 65.8/17.5%,优于 π0.5。真实未见平台只收集 20 分钟、232 个 episode(约每任务 3 条示范),seen task、unseen task、unseen background 分别达到 68.2%、66.7%、55.6%;MIDM 的测试准确率 49.0%,明显高于普通 ResNet 的 24.3%。去掉 TTS 或 MIDM 都会显著下降。
局限是当前真实控制为 open-loop:一次生成 60 帧视频后不再闭环重生成;8 张 80GB GPU 生成 7.5 秒视频约需 25 秒,GPT-4o 候选排序还增加云端延迟和成本。MIDM 仍需要目标 embodiment 的少量动作示范,实验主体集中在 ALOHA 双臂和桌面场景,灵巧手、移动机器人、触觉和高频闭环控制尚未覆盖。
DreamVLA#
DreamVLA 认为,直接从当前图像和语言预测动作缺少“未来世界知识”。已有方法生成整张未来图像或视频,包含大量静态背景冗余,也没有显式的深度、物体语义和 affordance。DreamVLA 不重建完整未来帧,而是预测与动作最相关的 dynamic、spatial、semantic 表征,形成 perception–prediction–action 闭环。
输入由文本、RGB 观测和 proprioception 编码;GPT-2 风格多模态 Transformer 通过 <dream> queries 产生 world embedding,分别预测未来动态区域、单目深度以及 DINOv2/SAM 高层语义特征,另用 <action> query 提取动作 latent。动态区域由 CoTracker/光流产生二值监督,深度和语义提供空间与物体身份先验。Block-wise structured attention 禁止 dynamic、depth、semantic query 互相读取,避免跨模态信息泄漏;独立 DiT action decoder 根据共享 latent 生成连续动作。
训练时使用 CALVIN language-free split、DROID 和 LIBERO-90,再对目标 benchmark 微调 world-knowledge heads。推理时跳过辅助预测头,直接使用 world embedding,因此不会像外接视频生成器那样引入很高延迟。作者在 CALVIN、LIBERO 以及 Franka Panda 真实 pick/place、drawer open/close 上评测。
CALVIN ABC-D 平均连续完成长度为 4.44;LIBERO Spatial/Object/Goal/Long 为 97.5/94.0/89.5/89.5%,平均 92.6%。Franka 三类任务总体成功率 76.7%(pick 82.5%、place 80.0%、drawer 67.5%)。消融显示 dynamic region 是最大收益来源,depth 和 semantic 单独使用可能反而损害性能;结构化 attention 将 CALVIN 平均长度从 causal 的 3.75 提升到 4.44。
作者明确指出当前范围仍偏窄:主要是 parallel-gripper、RGB-centric 数据,场景几何和材质多样性有限。未来要加入灵巧手接触标注、点云/触觉和 volumetric world state,并通过更大数据和 on-policy fine-tuning 提升长时序鲁棒性。预测动态区域依赖光流/跟踪质量,遮挡或快速运动时也可能给 world embedding 带来错误监督。