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你有没有想过,当机器人接到"把红色杯子放到抽屉里"的指令时,它是怎么理解并行动的?其实这里藏着一个大难题:机器人总是会被无关的视觉信息干扰,比如桌子上的其他杂物,导致反应慢还容易出错。
最近,来自国内的研究团队提出了一种叫SemanticVLA的新框架,完美解决了这个问题!它不仅让机器人的操作成功率飙升,还把计算成本砍了一大半。今天就来带大家看看这个厉害的技术到底牛在哪里~
机器人操作的两大"拦路虎"
现在的机器人操作模型虽然能完成一些任务,但在实际使用中总掉链子,主要因为两个问题:
1. 视觉信息太冗余
就像我们看照片时会自动忽略无关背景,但机器人会傻乎乎地处理每一个像素。桌上的零食、墙上的挂画...这些和任务无关的东西都会被它当成重要信息,结果就是反应慢、计算成本高。
2. 指令和视觉对不上
有时候机器人明明"看"到了目标,却理解错了指令;或者听懂了指令,却找不到对应的东西。比如让它"拿起勺子",它可能会盯着叉子发呆,这就是指令和视觉的对齐出了问题。
SemanticVLA框架:三招解决难题
研究团队提出的SemanticVLA框架,就像给机器人装了一套"智能过滤+精准理解"系统。先来看一下它的整体结构图,核心由三个模块组成:
是不是看起来有点复杂?别急,我们拆开来一个个说~
第一招:语义引导双视觉剪枝器(SD-Pruner)
这就像给机器人装了一双"会过滤的眼睛",能自动忽略无关信息,只关注和任务相关的内容。它有两个小助手:
指令驱动剪枝器(ID-Pruner)
专门处理"指令-视觉"的匹配,就像在玩"找你妹"游戏:
先把指令拆成一个个关键词(比如"红色杯子"、"放到抽屉")
然后给每个视觉区域打分,找出最相关的部分
最后保留两个关键信息:全局动作线索(知道要做什么步骤)和局部语义锚点(知道目标在哪里)
空间聚合剪枝器(SA-Pruner)
负责提取空间几何信息,比如物体的位置、形状这些。它会把零散的视觉特征聚合成紧凑的标记,再结合指令进行调整,让机器人清楚"东西在哪儿"、"长什么样"。
第二招:语义互补分层融合器(SH-Fuser)
经过前面的"过滤",我们得到了两类关键信息:语义特征(来自ID-Pruner)和几何特征(来自SA-Pruner)。SH-Fuser就像一个"信息整合大师",把这两类信息无缝结合起来:
密集融合:在处理过程的多个阶段就开始交换信息,确保语义和空间信息同步理解
稀疏融合:最后把最关键的标记合并,形成一个既懂语义又知空间的统一表示
这样一来,机器人既能理解指令的意思,又能准确把握物体的位置和形态。
第三招:语义条件动作耦合器(SA-Coupler)
这是连接"感知"和"行动"的关键模块。传统机器人会把动作拆成7个独立的自由度(比如前后、左右、旋转等),就像用7个遥控器分别控制不同部位,效率很低。
SA-Coupler则采用了更聪明的方式:
把动作分成三大类:平移(3个自由度)、旋转(3个自由度)、夹取(1个自由度)
每类动作由专门的"控制器"负责,就像有三个专家各司其职
同时又能协同工作,确保动作连贯流畅
这种设计不仅让机器人动作更精准,还大大减少了计算量,让反应速度更快。
效果有多惊艳?数据来说话
说了这么多原理,实际效果到底怎么样呢?来看一组关键数据:
在LIBERO基准测试中,SemanticVLA的成功率达到了97.7%,比之前最好的模型OpenVLA高出21.1%!更厉害的是,它还把训练成本降低了3倍,推理延迟减少了2.7倍。
在真实世界的测试中,表现同样出色:
物体放置任务成功率77.8%
抽屉操作任务成功率75.0%
T恤折叠这类复杂任务也能达到66.7%
从图中可以看到,SemanticVLA在不同阶段都能准确理解并执行指令,即使是多步骤的复杂任务也不在话下。
为什么这么厉害? ablation研究揭秘
研究团队还做了一组对比实验,证明了每个模块的重要性:
去掉ID-Pruner,成功率下降5.2%
去掉SA-Pruner,成功率下降3.8%
去掉SH-Fuser,长时任务成功率下降明显
不用SA-Coupler,动作解码效率降低40%
特别值得一提的是稀疏化比率的选择,研究发现把视觉输入压缩8倍时,能在性能和效率之间取得最佳平衡——这意味着机器人只用1/8的视觉信息,就能比原来做得更好!
结语:让机器人更懂人类
SemanticVLA的出现,不仅让机器人操作更高效、更精准,更重要的是让它们更"懂"人类的意图。通过语义对齐的稀疏化和增强,机器人终于能像人类一样,只关注重要信息,准确理解指令并行动。
未来,随着这项技术的完善,我们或许能看到更多聪明又高效的机器人走进家庭、工厂和服务行业,真正成为人类的好帮手。
感兴趣的同学可以去看看论文原文,代码已经开源在GitHub上了,地址是:https://github.com/JiuTian-VL/SemanticVLA
论文信息
题目:SemanticVLA: Semantic-Aligned Sparsification and Enhancement for Efficient Robotic Manipulation 作者:Wei Li, Renshan Zhang, Rui Shao, Zhijian Fang, Kaiwen Zhou, Zhuotao Tian, Liqiang Nie 源码:https://github.com/JiuTian-VL/SemanticVLA