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VLAarXiv:2603.04910

VPWEM: 作業記憶とエピソード記憶を備えた非マルコフ視覚運動ポリシー

VPWEM: Non-Markovian Visuomotor Policy with Working and Episodic Memory

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ロボットの模倣学習において、短期の作業記憶と長期のエピソード記憶を組み合わせ、長期的な記憶を要する非マルコフタスクを少ない計算コストで解く視覚運動ポリシーを提案した。

詳しい要約

1. どんなもの?

- 人間の長期記憶に着想を得た非マルコフ視覚運動政策 VPWEM を提案。 - 短期の working memory と長期の episodic memory を併用し、長期的記憶を要するロボット操作タスクを対象とする。 - diffusion policy 上に実装し、ほぼ一定のメモリと計算量で行動生成を行う。

2. 先行研究と比べてどこがすごい?

- 従来の視覚運動政策は単一観測や短い履歴に依存し、非マルコフ課題が苦手。 - 単に context window を拡大する手法は計算・メモリコスト増、spurious correlation への過学習、分布シフト下の破綻、リアルタイム制約違反を招く。 - VPWEM は固定数の episodic memory に圧縮し、ほぼ一定コストで長期的情報を扱う点が優位。

3. 技術・手法の肝は?

- 直近の観測埋め込みを sliding window として short-term working memory に保持。 - Transformer ベースの contextual memory compressor が window 外の観測を再帰的に固定数の episodic memory 埋め込みへ変換。 - compressor は過去 summary 埋め込みへの self-attention と履歴観測への cross-attention を用い、policy と jointly に学習。 - diffusion policy に組み込み、短期・エピソード全体の情報を行動生成に利用。

4. どうやって有効だと検証した?

- 記憶集約型操作タスク MIKASA で diffusion policy や VLA モデルを含む SOTA ベースラインを 20% 以上上回る。 - モバイル操作ベンチマーク MoMaRT で平均 5% の改善を達成。 - コード公開あり。

5. 議論はある?

- 単純な context window 拡大の計算・メモリコスト、過学習、分布シフト下の破綻、リアルタイム制約違反を問題視。 - 人間の長期記憶圧縮に倣う設計の有効性を主張。 - 具体的な限界や失敗事例、計算量の詳細は要旨からは不明。

6. 次に読むべき論文は?

- diffusion policy - vision-language-action (VLA) models - MIKASA - MoMaRT

※ 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: Yuheng Lei, Zhixuan Liang, Hongyuan Zhang, Ping Luo

分類: cs.RO, cs.AI, cs.LG

原文アブストラクト

Imitation learning from human demonstrations has achieved significant success in robotic control, yet most visuomotor policies still condition on single-step observations or short-context histories, making them struggle with non-Markovian tasks that require long-term memory. Simply enlarging the context window incurs substantial computational and memory costs and encourages overfitting to spurious correlations, leading to catastrophic failures under distribution shift and violating real-time constraints in robotic systems. By contrast, humans can compress important past experiences into long-term memories and exploit them to solve tasks throughout their lifetime. In this paper, we propose VPWEM, a non-Markovian visuomotor policy equipped with working and episodic memories. VPWEM retains a sliding window of recent observation embeddings as short-term working memory, and introduces a Transformer-based contextual memory compressor that recursively converts out-of-window observations into a fixed number of episodic memory embeddings. The compressor uses self-attention over a cache of past summary embeddings and cross-attention over a cache of historical observations, and is trained jointly with the policy. We instantiate VPWEM on diffusion policies to exploit both short-term and episode-wide information for action generation with nearly constant memory and computation per step. Experiments demonstrate that VPWEM outperforms state-of-the-art baselines including diffusion policies and vision-language-action (VLA) models by more than 20\% on the memory-intensive manipulation tasks in MIKASA and achieves an average 5\% improvement on the mobile manipulation benchmark MoMaRT. Code is available at https://github.com/HarryLui98/code_vpwem.

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