机器人的世界——如何看懂这个人间

ROBOT WORLD

机器人的世界——

如何看懂这个人间

最近的机器人运动会火出圈了。行外人看热闹，行内人看门道，虽然目前离真正的家用还很远，但通过机器人运动会，我们确实可以看到这个行业长足的进步，比如智元的灵巧手获得了7块金牌，天工在田径领域所向披靡，这背后都是硬件稳定性，模型和运动控制算法的全力支撑。我们知道，机器人运动会的田径赛场上，要求机器人起跑后全自主完成，那么像400米障碍赛这样的比赛，机器人是怎么认知这个赛道的呢？今天就简单来给各位读者朋友讲讲机器人认知世界的方法，如有错漏，敬请斧正。

01

SEE

感知层:看

人对世界的认知，八成来自眼睛，机器人也一样。所以，机器人认知世界的第一层叫输入层。这点很好理解：摄像头拍到的视觉图像、机器人自身的关节状态、以及一句人类指令，比如"把红色积木放到蓝色区域"，在机器人运动会上，就是操作人员的那一道起跑指令。这三样东西，就是机器人认知世界的原始数据。

但现在的摄像头都是高清摄像头，拍下的图片动辄几百万个像素，直接丢给大脑去算，算力扛不住，也没必要。所以架构里第一个关键模块是 VAE，也就是视觉Tokenizer。大家不用了解这个专业术语的意思，这样理解就行：当一个正常人跟别人描述一个房间，不会说“高度几米，距离几米，视角几点钟方向，有个白色物体”，而是说"桌子上有杯水,旁边是本书"，同理，机器人也没必要一个像素一个像素地去识别。

VAE干的工作，就是把海量的像素压缩成一串视觉Token，只保留语义上有用的信息。这个压缩不是类似Resnet那样简单的降分辨率，而是要同时做到语义对齐和动作理解：语义对齐，是让模型知道图像里红色的块和指令里“红色积木”是同一个东西；动作理解，是让模型从画面里读出“这个积木是可以被抓取的”，而不是把另一个红色的东西比如墙上的应急按钮认成红色积木。简而言之，感知层的任务是把看见变成看懂，毕竟看不懂的看见是毫无意义的。

02

THINK

认知层：根据过去预测未来

机器人看懂之后，就要进行思考。认知层是机器人看懂世界的核心。之前我们讲过，世界模型里面很重要的一个部分，就是因果关系，机器人如果不能理解事情的因果，就不能叫真正理解这个世界。如何理解因果？首先，我们需要让机器人做因果预训练，采用单向因果建模，这里的单向，指的是模型在预测下一个动作的时候，只能看到过去和现在，不能偷看未来。这听起来是句废话，谁能看到未来，顶多是预测罢了，但在模型训练里，很多做法是允许双向注意力的——前后文都能用，效果好，训练方便，这就是所谓的偷看未来。问题是真实世界的机器人是活在时间轴上的，它伸手抓积木的那一刻，不可能预知0.5秒后积木会不会滑落，如果训练的时候让模型习惯了开天眼，部署到真机上必然翻车，这就是行业里常说的预测与执行不对齐，就像某些人用腐朽的理念来管理销售一样。用单向因果建模，等于从训练第一天起就告诉模型：你只能根据已经发生的事推断接下来该干什么，这跟人是一样的，只能推断，不能看到，这个设计是真正从机器人实际运行逻辑出发做的选择。

除了单向因果，MoE混合专家架构也同样重要。单向建模解决了想得对的问题，MoE解决的则是想得少的问题，帮助机器人尽可能节省算力。我们知道，具身任务千奇百怪：抓积木、开门、叠衣服、倒水，还有搬东西，拧螺丝，锤钉子等等，同一个大场景下的不同小场景，对于机器人的需求都各不相同，更不用说像家用和工业这样的不同大场景了，如果所有任务都用同一套参数硬算，要么模型大到离谱，要么啥都会一点、啥都不精，毕竟你不能因为之前做过一个卖票的小程序，就觉得做一个淘宝那样的网上商城是很简单的事情。MoE的思路是准备很多本专业的书籍，而不是一本大的百科全书，中间放一个查询器，来了什么任务，就翻对应的几本书，其他书放着不动。这样做的好处是模型总容量可以很大，但每次推理只激活一小部分，可以降低算力需求，提升响应速度。在机器人行业中，这就是功耗和芯片成本的节省，最终都会落到省钱两个字上。

03

ACTION

执行层：异步推理

认知层想明白了，剩下的就是动手。这里有一个很GPU的设计：异步推理。想象一下，如果机器人的控制环路是同步的，看一眼，想一想，动一下，再看一眼，这样的机器人是没法用的，就像你开车时，每打一把方向盘都要停车思考一下，这就不是开车，而是移动路障了。异步推理的做法是模型推理、动作输出、机器人执行各自按自己的节奏跑，中间用任务队列衔接，听起来和GPU的调度方式非常类似，大脑在想下一步的同时，机械臂经在执行上一步的指令。这背后是整个系统的实时性保障，在真实世界里，延迟可能会引发事故，让机器人递杯水，它思考人生三秒钟，然后水洒了，这机器人就不是来帮忙的，而是来添乱的，所以为什么家用场景可能是最后进入的，就是因为机器人可能添乱，要先解决这个问题。

在物理世界中，推理是需要闭环的，所以我们需要有环境反馈，需要把执行的结果回传，变成新的输入，持续修正模型的判断。比如第一次机器人抓偏了，那么下一帧画面会告诉它偏了，机器人再基于这个反馈进行调整。我之前提到过条件反射，实际上，认知和条件反射有本质区别：认知是一个不断纠错的循环，而条件反射是认知不会出现问题之后，通过机器人的记忆去完成工作，我们都知道条件反射更快，但是在形成条件反射之前，认知非常重要，就和人一样，先进行认知学习，学会之后就可以进行条件反射了，当然我们学习各种动作的时候都很小，大家应该都不太记得了。对应到机器人运动会这样的场景里，机器人需要在极其短的时间内，不停完成认知和反馈的闭环，这就是难点所在。

机器人看懂世界的方式，本质上和人类是类似的，机器人认知世界，并不是靠单点技术的先进，而是整条链路围绕真机落地的重重限制和设计，单向因果是为了预测和执行对齐，MoE是为了省算力，异步推理是为了实时性，每一个选择背后，都是基于实际训练的结果和设计时的约束，而不是论文里的长篇大论或者坐在办公室里的奇思妙想。此外，给算力做减法依然非常重要，我在之前的文章里说过，机器人行业现在的问题不完全是技术不行，更多的是成本太高，现在光一块Thor就要三万多，整机几十万，谁会花这个钱买台人工智障回家挂着？这个行业内，谁先进入“量产-迭代”的正循环，谁就有机会。最后，模型的趋同是行业成熟的前兆，语言模型用了五六年，最终收敛到Transformer，而具身智能现在还在大逃杀阶段，但当某个模型或者模型组合被反复验证有效，并且形成了行业共识，有类似Khronos这样的组织开始制定标准的时候，就是真正的专用芯片成熟之时，当然我相信，这个标准未来一定是中国指定，中国主导。

作者：铁云

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