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VLAarXiv:2512.23162

Cosmos-H-Surgical: 世界モデルによる手術ロボット方策の動画学習

Cosmos-H-Surgical: Learning Surgical Robot Policies from Videos via World Modeling

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手術動画から世界モデルを構築し、逆動力学モデルで擬似キネマティクスを推定することで、実演データ不足を補い手術ロボットのVLA方策を学習する手法を提案。

詳しい要約

1. どんなもの?

- 手術ロボットの自律化に向け、大規模な手術動画と world modeling を活用して surgical VLA policy を学習する枠組み - 中核は Cosmos-H-Surgical と呼ぶ手術 physical AI 向け world model と、手術ロボット向けの詳細な行動記述を付した Surgical Action Text Alignment (SATA) dataset - 合成手術動画から inverse dynamics model で pseudokinematics を推定し、video-action の合成ペアデータを生成 - 実手術ロボット platform 上で、拡張データで学習した policy が実デモのみの学習を上回ることを示す

2. 先行研究と比べてどこがすごい?

- 家庭・産業 manipulation では大規模 VLA が paired video action data により汎化を示すが、手術領域は visual observation と正確な robot kinematics を併せ持つ dataset が乏しい - 手術動画は大量に存在するが action label を欠き、imitation learning や VLA 学習に直接用いにくいという課題があった - 本研究は world model による合成手術動画生成と inverse dynamics model による pseudokinematics 推定を組み合わせ、未ラベル手術動画を学習資源に変換する点が新しい - 合成手術動画から pseudokinematics を推定する試みは初と主張している

3. 技術・手法の肝は?

- 手術ロボット向けに詳細な action description を整備した Surgical Action Text Alignment (SATA) dataset を構築 - 最先端の physical AI world model と SATA に基づき Cosmos-H-Surgical を構築し、多様・汎化可能・現実的な手術動画を生成 - 生成した synthetic surgical videos に対し inverse dynamics model を適用して pseudokinematics を推定し、synthetic paired video action data を生成 - 得られた拡張データを surgical VLA policy の学習に用いる

4. どうやって有効だと検証した?

- 実手術ロボット platform 上で評価を実施 - 合成データで拡張して学習した surgical VLA policy が、実 demonstrations のみで学習したモデルを有意に上回ることを示した - 具体的なタスク設定・評価指標・被験者数・統計手法は要旨からは不明

5. 議論はある?

- 未ラベル手術動画と generative world modeling を活用することで、自律手術スキル獲得へのスケーラブルな道筋を示すと主張 - 汎化可能かつ data efficient な手術ロボット policy への扉を開くと述べる - 合成動画の現実性・pseudokinematics 推定精度・実機での安全性・失敗時の挙動・データ拡張の限界については要旨からは不明

6. 次に読むべき論文は?

- Cosmos-H-Surgical の基盤となった最先端 physical AI world model(Cosmos 系) - inverse dynamics model を用いた video からの action/pseudolabel 推定に関する研究 - 手術 VLA や surgical robot imitation learning の既存研究 - 大規模 VLA(例: RT 系、OpenVLA 系)の manipulation 研究 - 手術動画 dataset(例: 手術手技 video corpus)と Surgical Action Text Alignment (SATA) dataset の原典

※ 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: Yufan He, Pengfei Guo, Mengya Xu, Zhaoshuo Li, Andriy Myronenko, Dillan Imans, Bingjie Liu, Dongren Yang, Mingxue Gu, Yongnan Ji, Yueming Jin, Ren Zhao, Baiyong Shen, Daguang Xu

分類: cs.RO, cs.CV

原文アブストラクト

Data scarcity remains a fundamental barrier to achieving fully autonomous surgical robots. While large scale vision language action (VLA) models have shown impressive generalization in household and industrial manipulation by leveraging paired video action data from diverse domains, surgical robotics suffers from the paucity of datasets that include both visual observations and accurate robot kinematics. In contrast, vast corpora of surgical videos exist, but they lack corresponding action labels, preventing direct application of imitation learning or VLA training. In this work, we aim to alleviate this problem by learning policy models from Cosmos-H-Surgical, a world model designed for surgical physical AI. We curated the Surgical Action Text Alignment (SATA) dataset with detailed action description specifically for surgical robots. Then we built Cosmos-H-Surgical based on the most advanced physical AI world model and SATA. It's able to generate diverse, generalizable and realistic surgery videos. We are also the first to use an inverse dynamics model to infer pseudokinematics from synthetic surgical videos, producing synthetic paired video action data. We demonstrate that a surgical VLA policy trained with these augmented data significantly outperforms models trained only on real demonstrations on a real surgical robot platform. Our approach offers a scalable path toward autonomous surgical skill acquisition by leveraging the abundance of unlabeled surgical video and generative world modeling, thus opening the door to generalizable and data efficient surgical robot policies.

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