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sim2realarXiv:2603.15956

ExpertGen: 不完全な行動事前分布からのスケーラブルなSim-to-Realエキスパート方策学習

ExpertGen: Scalable Sim-to-Real Expert Policy Learning from Imperfect Behavior Priors

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不完全なデモから拡散方策を事前分布として学習し、その初期ノイズを強化学習で最適化することで、報酬設計なしに高品質なエキスパート方策をシミュレーションで自動生成し、実機転移を可能にするフレームワーク。

詳しい要約

1. どんなもの?

- 大規模なロボティクスデータを必要とせず、シミュレーション上で expert policy を自動学習し sim-to-real 転移を可能にするフレームワーク ExpertGen を提案。 - 不完全な demonstrations から diffusion policy を事前学習し、強化学習で初期ノイズを最適化して高成功率の expert policy を得る。 - 産業組立タスクで 90.5%、長期的操作タスクで 85% の成功率を達成。

2. 先行研究と比べてどこがすごい?

- 従来は teleoperation などによる高品質な人間 demonstrations が標準だったが、実世界での大規模収集は高コスト。 - ExpertGen は不完全な demonstrations(LLM 合成や人間提供)から出発し、シミュレーション内で自動的に expert policy を生成。 - reward engineering 不要で、全ベースライン手法を上回る性能を実証。

3. 技術・手法の肝は?

- 不完全な demonstrations で diffusion policy を訓練し behavior prior を初期化。 - 事前学習済み diffusion policy を凍結したまま、強化学習で diffusion model の初期ノイズを最適化。 - 凍結により探索が安全で人間らしい behavior manifold 内に正則化され、sparse rewards でも効率的に学習可能。

4. どうやって有効だと検証した?

- 難易度の高い manipulation benchmarks で評価。 - 産業組立タスクで 90.5%、長期的操作タスクで 85% の成功率を達成し、全ベースラインを上回る。 - 得られた policy は多様な初期配置や失敗状態に対して堅牢で、器用な制御を示す。 - sim-to-real 転移検証として、state-based expert policy を DAgger で visuomotor policy に蒸留し、実機に展開。

5. 議論はある?

- 要旨からは不明。

6. 次に読むべき論文は?

- diffusion policy - DAgger - reinforcement learning - behavior cloning - sim-to-real transfer

※ 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: Zifan Xu, Ran Gong, Maria Vittoria Minniti, Kausik Sivakumar, Ahmet Salih Gundogdu, Eric Rosen, Riedana Yan, Tushar Kusnur, Zixing Wang, Di Deng, Peter Stone, Xiaohan Zhang, Karl Schmeckpeper

分類: cs.RO, cs.AI

原文アブストラクト

Learning generalizable and robust behavior cloning policies requires large volumes of high-quality robotics data. While human demonstrations (e.g., through teleoperation) serve as the standard source for expert behaviors, acquiring such data at scale in the real world is prohibitively expensive. This paper introduces ExpertGen, a framework that automates expert policy learning in simulation to enable scalable sim-to-real transfer. ExpertGen first initializes a behavior prior using a diffusion policy trained on imperfect demonstrations, which may be synthesized by large language models or provided by humans. Reinforcement learning is then used to steer this prior toward high task success by optimizing the diffusion model's initial noise while keep original policy frozen. By keeping the pretrained diffusion policy frozen, ExpertGen regularizes exploration to remain within safe, human-like behavior manifolds, while also enabling effective learning with only sparse rewards. Empirical evaluations on challenging manipulation benchmarks demonstrate that ExpertGen reliably produces high-quality expert policies with no reward engineering. On industrial assembly tasks, ExpertGen achieves a 90.5% overall success rate, while on long-horizon manipulation tasks it attains 85% overall success, outperforming all baseline methods. The resulting policies exhibit dexterous control and remain robust across diverse initial configurations and failure states. To validate sim-to-real transfer, the learned state-based expert policies are further distilled into visuomotor policies via DAgger and successfully deployed on real robotic hardware.

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