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sim2realarXiv:2509.25747

シミュレーションと実世界の最良を活かす:シミュレーションでの制御学習と実世界での知覚による分離型視覚運動マニピュレーション

Best of Sim and Real: Decoupled Visuomotor Manipulation via Learning Control in Simulation and Perception in Real

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制御方策をシミュレーションで学習し、知覚のみを実環境で適応させる分離フレームワークを提案。10〜20回の実演で高いデータ効率と分布外汎化を実現した。

詳しい要約

1. どんなもの?

- ロボットマニピュレーションにおける sim-to-real transfer の新枠組み - 知覚(perception)と制御(control)を分離(decoupled)して学習するフレームワーク - 制御は simulation で privileged state を用いて学習し、知覚は実環境デプロイ時にのみ適応 - 実 demonstrations は 10-20 件のみで強い性能を達成 - tabletop manipulation タスクで検証

2. 先行研究と比べてどこがすごい?

- 既存の end-to-end 手法は知覚と制御が絡み合い、大量の実世界データを必要とする - 提案手法は複雑な sim-to-real 問題を構造化された perception alignment タスクに還元 - 10-20 件の実 demonstrations のみで動作し、データ効率が高い - end-to-end baselines と比較して out-of-distribution generalization に優れる - 訓練分布外の物体位置・スケールにも対応できることを示した

3. 技術・手法の肝は?

- 制御方策は simulation 内で privileged state を用いて訓練 - systematic randomization により環境横断的に普遍な制御戦略・行動パターンを学習 - 知覚は実環境デプロイ時にのみ適応し、凍結した制御方策へ実観測を橋渡し - 知覚は本質的にドメイン固有であり、実視覚観測のある実環境で学習すべきという洞察 - 複雑な sim-to-real を構造化された perception alignment 問題に分解

4. どうやって有効だと検証した?

- tabletop manipulation タスクで検証 - end-to-end baselines との比較でデータ効率と out-of-distribution generalization の優位性を確認 - 学習方策が訓練分布を超えた物体位置・スケールを扱えることを確認 - 知覚と制御の分離が sim-to-real transfer を根本的に改善することを示唆

5. 議論はある?

- 知覚と制御の分離が sim-to-real を改善するという主張を支持する結果 - 制御戦略・行動パターンは環境横断的に普遍という前提に依拠 - 知覚はドメイン固有で実観測が必要という立場 - 具体的な限界・失敗事例・タスク範囲外の議論は要旨からは不明 - 実 demonstrations 10-20 件で足りる条件やスケーラビリティは要旨からは不明

6. 次に読むべき論文は?

- end-to-end sim-to-real transfer の代表的 baseline 手法(具体的名称は要旨からは不明) - privileged state を用いる simulation 訓練に関する研究(具体的名称は要旨からは不明) - domain randomization を用いた sim-to-real 研究 - perception alignment / 視覚適応に関する研究 - imitation learning による実 demonstrations からの manipulation 学習

※ AIが要旨から生成した要約です。正確性は原文をご確認ください。

著者: Jialei Huang, Zhaoheng Yin, Yingdong Hu, Shuo Wang, Xingyu Lin, Yang Gao

分類: cs.RO

原文アブストラクト

Sim-to-real transfer remains a fundamental challenge in robot manipulation due to the entanglement of perception and control in end-to-end learning. We present a decoupled framework that learns each component where it is most reliable: control policies are trained in simulation with privileged state to master spatial layouts and manipulation dynamics, while perception is adapted only at deployment to bridge real observations to the frozen control policy. Our key insight is that control strategies and action patterns are universal across environments and can be learned in simulation through systematic randomization, while perception is inherently domain-specific and must be learned where visual observations are authentic. Unlike existing end-to-end approaches that require extensive real-world data, our method achieves strong performance with only 10-20 real demonstrations by reducing the complex sim-to-real problem to a structured perception alignment task. We validate our approach on tabletop manipulation tasks, demonstrating superior data efficiency and out-of-distribution generalization compared to end-to-end baselines. The learned policies successfully handle object positions and scales beyond the training distribution, confirming that decoupling perception from control fundamentally improves sim-to-real transfer.

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