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ReTrace:把后段失败追溯到前段决策,大模型操控机械臂插头插入成功率由0%升至80%

Yue Yu, Bin Zhu, Junhui Li, Jiayu Wang, Shijie Zhou, Jingjing ChenFudan University (Institute of Trustworthy Embodied AI) and Singapore Management University
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复旦大学团队在预印本中报告,前沿大模型操控Franka Research 3机械臂,从自身失败中学习后,在不使用示教数据、不改动模型权重的情况下,插头插入成功率由0%升至80%,倒球任务由0%升至100%,每项数据均基于10次真机试验。

研究问题

直接操控机器人的通用多模态模型,能否通过找出导致后段失败的前段决策,仅凭自身真实尝试提升多阶段任务能力?

问题

大模型已能直接驱动机械臂,但在“前一步局部成功、却毁掉后一步”的任务上会失灵:以错误角度抓起的插头可以被抬起和旋转,插入时却发生碰撞。即时反馈只指向最后一步而非真正原因,简单重试无济于事。

既有方法

已有系统通过接口向前沿模型提供运动指令,让其在单个回合内自我纠正,或借助人工示教和任务经验提升表现;Reflexion类方法在收到失败信号后重试。这些方法都无法在没有外部数据的情况下,在长任务的各阶段之间判定责任。

新方法

ReTrace分为三部分:执行器负责闭环规划和控制机械臂;归因器在失败后回看完整轨迹,指出需要修改的前段决策;经验记忆在多次尝试之间保存待验证的修正、结果和历史。在后续尝试中被证实有效的修正被整合为可复用的文本技能。作者用高推理强度的OpenAI GPT-6 Astra学习技能,再测试其他模型配置能否使用。

结果

在Franka Research 3上每种配置试验10次:低推理强度的GPT-6 Astra借助所学技能,插头插入由0%升至80%,倒球由0%升至100%;超高推理强度的GPT-6 Sol分别由0%升至10%和90%。叠积木方面,Sol由30%升至80%,Astra低强度由80%升至100%;抓香蕉在无技能时已达90%和100%。不带技能、以高推理强度运行的Astra在两项难任务上仅为10%和20%,说明技能比加大推理更关键。技能在多数配置下还减少了平均决策调用次数。

局限

这是预印本,仅4项任务、1台机器人、每种配置10次试验,成功率以10个百分点为单位变动,不确定性较大。技能按任务学习,论文未展示向新物体或新场景的迁移。控制器是版本和价格可能变化的闭源商用模型,每次决策调用的成本和延迟仅以调用次数呈现。

产业影响

这为多品种小批量自动化提供了低成本路径:不必采集示教数据,而是让通用模型练习新任务,把经验沉淀为文本技能文件,再由更小或更便宜的模型配置复用。对电子返修、实验室自动化和协作机器人小批量装配颇具吸引力,国内协作机器人厂商和集成商可将其视为降低部署门槛的软件层。但10次试验的可靠性和对闭源接口的依赖仍是障碍,预计一到两年内先在科研和测试工位试点。

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