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sim2realarXiv:2510.08556

DexNDM:関節単位のニューラルダイナミクスモデルによる器用な手内回転のリアルギャップ解消

DexNDM: Closing the Reality Gap for Dexterous In-Hand Rotation via Joint-Wise Neural Dynamics Model

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シミュレーションで訓練した単一の方策を実世界の多様な物体に適応させるため、関節ごとのダイナミクスモデルと自律データ収集を組み合わせ、手内回転のsim-to-realギャップを大幅に縮小した研究。

詳しい要約

1. どんなもの?

- DexNDM は dexterous in-hand rotation における sim-to-real の reality gap を埋めるフレームワーク - simulation で訓練した単一 policy を実世界の多様な物体・条件へ汎化させる - 対象は複雑形状(例: animals)、高 aspect ratio(最大 5.33)、小サイズ物体 - 多様な wrist orientation や rotation axis にも対応 - 完全自律のデータ収集戦略と teleoperation 応用も含むパイプライン

2. 先行研究と比べてどこがすごい?

- 従来研究は単純形状、限られた物体サイズ・aspect ratio、制約された wrist pose、customized hands に限定されていた - 本手法は単一 policy で広範な物体・条件に汎化し、reality gap を扱う点が新しい - 限られた実世界データで適応できる高い data efficiency を主張 - 複雑形状・高 aspect ratio・小サイズ物体まで実世界で回転可能

3. 技術・手法の肝は?

- 中核は joint-wise dynamics model - 限られた実世界収集データに fit し、sim policy の action を適応させることで reality gap を橋渡し - dynamics を joint ごとに factorize し、system-wide の影響を低次元変数に圧縮 - 各 joint の evolution を自身の dynamic profile から学習し、net effects を暗黙的に捉える - 完全自律のデータ収集戦略で多様な実世界 interaction data を最小限の人手で収集

4. どうやって有効だと検証した?

- 包括的な実世界評価を実施 - 複雑形状(animals)、高 aspect ratio(最大 5.33)、小サイズ物体の回転を単一 policy で検証 - 多様な wrist orientation と rotation axis の条件下で評価 - 複雑タスク向け teleoperation 応用で有効性と robustness を検証

5. 議論はある?

- 要旨からは不明 - 限界や失敗事例、reality gap の残存度合いについての具体的議論は要旨に記載なし

6. 次に読むべき論文は?

- 要旨で参照・比較されている個別研究は明示されていない - 関連手法として sim-to-real transfer、dexterous in-hand manipulation、dynamics model ベースの policy adaptation、domain randomization 系の定番研究を次に読む候補として挙げる

※ 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: Xueyi Liu, He Wang, Li Yi

分類: cs.RO, cs.CV

原文アブストラクト

Achieving generalized in-hand object rotation remains a significant challenge in robotics, largely due to the difficulty of transferring policies from simulation to the real world. The complex, contact-rich dynamics of dexterous manipulation create a "reality gap" that has limited prior work to constrained scenarios involving simple geometries, limited object sizes and aspect ratios, constrained wrist poses, or customized hands. We address this sim-to-real challenge with a novel framework that enables a single policy, trained in simulation, to generalize to a wide variety of objects and conditions in the real world. The core of our method is a joint-wise dynamics model that learns to bridge the reality gap by effectively fitting limited amount of real-world collected data and then adapting the sim policy's actions accordingly. The model is highly data-efficient and generalizable across different whole-hand interaction distributions by factorizing dynamics across joints, compressing system-wide influences into low-dimensional variables, and learning each joint's evolution from its own dynamic profile, implicitly capturing these net effects. We pair this with a fully autonomous data collection strategy that gathers diverse, real-world interaction data with minimal human intervention. Our complete pipeline demonstrates unprecedented generality: a single policy successfully rotates challenging objects with complex shapes (e.g., animals), high aspect ratios (up to 5.33), and small sizes, all while handling diverse wrist orientations and rotation axes. Comprehensive real-world evaluations and a teleoperation application for complex tasks validate the effectiveness and robustness of our approach. Website: https://meowuu7.github.io/DexNDM/

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