具身智能大模型简介

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RT1
- Transfromer 出轨迹
- 3Hz inference
- 实验：
  - 结合仿真数据训练或者其他机械臂的数据训练，也可以学到新技能.
  - 少一点数据，训练效果会如何变化？
    - 多样性减少的影响更大!
RT2:
- Use pretrained VLM. (PaLI-X, PaLM-E)
- vision language + action Co-finetune.
- Co-finetune how:
  - Input:
    - ViT
    - Language model
  - Output:
    - sometimes text [err?]
    - sometimes action
  - Inference 的时候只会 sample action token [?]
- multi-TPU cloud inference
- 在见过的任务上和 RT1 差不多
- 没有结果的 task 上面，对世界知识的保留是非常好的.
- 有 Emergence capability. 可从网络数据中迁移.
- 参数数量影响结论:
  - Cofinetune 有更好的泛化性
  - 参数量大，泛化性强
- 引入思维链可以解决很复杂的 command.
RT-X:
- 在 OpenX 数据上训练.
- Trained on 9 manipulators.
- 小规模数据训练上，超越原有模型.
- 大规模数据训练上，RT-2-X 效果好.
  - 说明数据量大场景下需要高容量模型结构.
- 跨具身形态训练，让模型从别的 domain 学到技能
- 在输入中包含 image history 可以增强 generalization 性能
- web-scale pretaining 重要 [?]
- OXE (Open X Emb..) 非常 diverse
RT-H:
- 考虑到有很多任务比较的动作序列比较像.
- 思想: 加入 Language motion 中间层。输入任务后先预测移动指令（用语言描述）
  - 好处：多任务数据共享
- Co-train: Internet data, action data & language motion data
- Language motion 人类很容易干预，检查和纠正. 纠正也可以用于训练，比遥操作纠正效果更好.
- 在新任务上需要很少的 correction.
- 启示：lang-motion 可以 scale up 数据收集，可以压缩 action-space. 从而样本高效.
  - 但是对于复杂任务 lang-motion 可能比较复杂.
OpenVLA
- 训练数据集更大更 Diverse
- Didn't use internet data, use only robot data.
- 模型结构：
  - prethmetic VLM [?]
  - Input to => DINOv2 and SigLIP 融合到一起的 Vision Encoder.
    - Get spacial and high-level semantic feature.
  - outrput => Small 2-layer MLP projector.
    - Project to language token space [?]
  - => Llama2 7B language model
  - => Action De-tokenizer
    - 输出 action. (夹爪）
- 性能实验:
  - OXE 上训练
  - out-of-the-box 直接泛化能力
  - 做了数据清洗
- VLA Finetune 性能实验:
  - 发现 OpenVLA 在困难 diverse 多种 instructions 多物体任务上，比原来更好
  - 归结于 OpenX 的 pretraining.
- Lora 实验:
  - LoRA 在性能保持上非常好！低资源 Finetune
- 验证 memory-efficient
  - 4bit 量化可以将 GPU memory 减半，并保持差不多的性能
[下面改进 action output]
- problem:
  - policy 执行每一步都有可能与误差，会累积.
  - 同一个任务的方法是多峰的
- 使用 action chunking
- 使用生成式建模
[idea] action chunking
- 每一步我都预测后四步，然后做加权.
[idea] 生成式建模
[paper] ACT (Conditional Variational AutoEncoder)
- ...todo
[paper] Diffusion Policy
- 表达多峰分布
- high-dimensional, 可建模长 action 序列的分布
- $p(A_t | O_t)$. VAE 的 condition 是 denoising iteration $k$ 和 observation features $O_t$. 生成的是 $A_t$.
$pi_0$
- PS:
  - 整个架构是 transfusion
- 基于 Pretrain 的 VLM PaliGemma
  - 用 SIGLIP 作为 vision-encoder
  - gemma 是 lang model
- 动作生成用的也是 Flow-matching
- Training recipe:
  - Pretraining: 让模型见到各种各样的 task & behaviors
  - Post-training: 更高质量的目标任务的数据
  - OXE, Bridge v2, DROID
  - 为了适应不同机器人维度，使用最大维度的 configuration vector 和 action vector 来训练。
    - 对于较小维度机器人，直接 zero-pad
    - "mask out the missing image slots"
- Pretraining 对长程和困难任务很重要.
RDT:
- 基于 Diffusion-transformer
- Data scarcity: 目标任务上数量少？考虑在 cross-embodiment 做大量 Pretrain
- 数据集结构不一样: 提出 unified space
- Input: 图片，lang instruction，本体感知，控制频率
  - Image 通过 SIGLIP (frozen)
  - lang: T5XXL [?] (frozen)
- 随机且独立地 mask 某一个多模态的输入，防止过度依赖某一个模态
- Training recipe:
  - Unified action space
  - Pre-train 巨大数据集
  - 自己 finetune 高质量数据集
    - 6K 轨迹，300 任务，instruction (GPT4输出以增加多样性)，物体和环境多样性
- 效果:
  - zero-shot 到没有见过的任务.
  - few-shot 学会新技能.
  - 可以遥控机器狗.
  - 模型大小，数据量大小和 Diffusion 都对于 RDT 性能关键.
GR-2 字节提出的模型
- 先做大量 text-video pre-training
- 然后再 video-action co-training（下游 finetune）
- 结构:
  - Text: CLIP
  - Image: VQGAN
  - backbone: GPT-style
  - action traj: action chunk + CVAE
- [idea] Video generation as planner!
  - 实验证明视频预测和真实执行非常吻合.

Takeaways

大量 pre-training 然后在高质量数据集上 finetune 可以提升性能.
Cross-embodiment 训练可以增强领域迁移能力。
VLA 带来世界知识和推理能力
action chunking & generative models (better than single step auto-regressive)

Limitation

Imitation Learning 无法超越示教者的表现.
Generalization 还是不够. 主要是没有见过的动作和没有见过的具身形态.
跨具身形态和训练可以改进. (see HPT 凯明组)

Future work

如何从人类视频中学习新的 skill
Pretraining datasets 如何构成.
需要什么样的数据，多少数据才能 near-perfect.
需要多 diverse.
构建很大很高质量的数据集，高效训练方法和数据来源.
继续构建 VLA foundation model.
考虑使用 simulation data. 目前做的不多.
考虑使用强化学习.