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sim2realarXiv:2601.20846

ニューラルスタイル変換に基づくエンドツーエンドの実例ベースsim-to-real強化学習方策転移とロボット切断への応用

End-to-end example-based sim-to-real RL policy transfer based on neural stylisation with application to robotic cutting

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画像処理のニューラルスタイル変換を再解釈し、未ペア・未ラベルの実世界データから訓練データを合成することで、強化学習方策のsim-to-real転移を実現する手法を提案し、未知材料のロボット切断に適用して有効性を示した。

詳しい要約

1. どんなもの?

- 強化学習ポリシーのsim-to-real転送手法を提案 - neural style transferを画像処理から再解釈し、未ペア・未ラベルの実世界データセットから新規訓練データを合成 - variational autoencoder (VAE) を用いて自己教師あり特徴表現を学習し、弱ペアのsource-target軌道を生成 - ロボット切断タスクに適用し、未知材料への適応を実証

2. 先行研究と比べてどこがすごい?

- 従来のsim-to-real手法はシミュレーションと実機のドメインギャップと実データ不足に制約 - 提案手法は未ペア・未ラベルの実世界データを活用し、物理的リアリズムを向上 - ベースライン(先行研究、CycleGAN、conditional VAEベースの時系列変換)と比較して、タスク完了時間と行動安定性を改善 - 最小限の実世界データで幾何学的・材料的変動に頑健

3. 技術・手法の肝は?

- neural style transferを再解釈し、画像処理の枠組みを時系列軌道生成に適用 - VAEを共同学習し、自己教師あり特徴表現と弱ペアのsource-target軌道を生成 - 弱ペア軌道により合成軌道の物理的リアリズムを向上 - 実世界報酬が利用できないcontact-richタスクでのポリシー適応を可能に

4. どうやって有効だと検証した?

- ロボット切断タスクをケーススタディとして適用 - ベースライン(先行研究、CycleGAN、conditional VAEベースの時系列変換)と比較 - タスク完了時間と行動安定性の指標で改善を確認 - 幾何学的・材料的変動に対する頑健性を実証

5. 議論はある?

- 実世界報酬情報が利用できないcontact-richタスクでのポリシー適応の実現可能性を示唆 - 限られた実世界データでの有効性を主張 - 具体的な限界や議論の詳細は要旨からは不明

6. 次に読むべき論文は?

- 要旨で参照されている研究:CycleGAN、conditional variational autoencoder (CVAE) ベースの時系列変換、著者らの以前の研究 - 関連手法:neural style transfer、variational autoencoder (VAE) - 同分野の定番:sim-to-real transfer、domain randomization、system identification

※ 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: Jamie Hathaway, Alireza Rastegarpanah, Rustam Stolkin

分類: cs.RO

原文アブストラクト

Whereas reinforcement learning has been applied with success to a range of robotic control problems in complex, uncertain environments, reliance on extensive data - typically sourced from simulation environments - limits real-world deployment due to the domain gap between simulated and physical systems, coupled with limited real-world sample availability. We propose a novel method for sim-to-real transfer of reinforcement learning policies, based on a reinterpretation of neural style transfer from image processing to synthesise novel training data from unpaired unlabelled real world datasets. We employ a variational autoencoder to jointly learn self-supervised feature representations for style transfer and generate weakly paired source-target trajectories to improve physical realism of synthesised trajectories. We demonstrate the application of our approach based on the case study of robot cutting of unknown materials. Compared to baseline methods, including our previous work, CycleGAN, and conditional variational autoencoder-based time series translation, our approach achieves improved task completion time and behavioural stability with minimal real-world data. Our framework demonstrates robustness to geometric and material variation, and highlights the feasibility of policy adaptation in challenging contact-rich tasks where real-world reward information is unavailable.

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