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長期的タスク学習arXiv:2603.25903

創発的ニューラルオートマトンポリシー:視覚運動軌跡からの記号構造学習

Emergent Neural Automaton Policies: Learning Symbolic Structure from Visuomotor Trajectories

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視覚運動デモから適応的クラスタリングとL*アルゴリズムの拡張でMealy状態機械を推定し、高レベルプランナーとして利用。離散構造が低レベル残差ネットワークを導き、長期的タスクで高効率・解釈可能なポリシーを実現する。

詳しい要約

1. どんなもの?

- 視覚運動デモから二層のneuro-symbolic方策を適応的に創発させるENAP (Emergent Neural Automaton Policy) を提案。 - 高レベルはMealy状態機械として潜在タスクモードを捉える解釈可能なplanner。 - 低レベルは離散構造に導かれるreactive residual networkでbehavior cloning (BC) により連続制御を学習。 - タスク固有ラベル不要で、長期的操作タスクにおけるサンプル効率と解釈性を両立。

2. 先行研究と比べてどこがすごい?

- end-to-end方策は長期推論に必要な構造的priorを欠く。 - 従来のneuro-symbolic手法は手作りsymbolic priorに強く依存。 - ENAPは視覚運動デモから二層のneuro-symbolic方策を適応的に創発させ、手作りpriorを不要にする。 - 低データ領域でSoTAのend-to-end VLA方策を最大27%上回る。

3. 技術・手法の肝は?

- 適応的clusteringとL*アルゴリズムの拡張により、視覚運動データからMealy状態機械を推論。 - この離散構造が高レベルplannerとして潜在タスクモードを捕捉。 - 離散構造が低レベルreactive residual networkを導き、behavior cloning (BC) で精密な連続制御を学習。 - 離散遷移と連続残差を明示的にモデル化。

4. どうやって有効だと検証した?

- 複雑なmanipulationタスクとlong-horizonタスクで広範な実験を実施。 - 低データ領域においてSoTAのend-to-end VLA方策を最大27%上回ることを示す。 - ロボット意図の構造的表現を提供することを確認 (Fig. 1)。

5. 議論はある?

- 要旨からは不明。 - 手作りsymbolic priorへの依存を排除しつつ解釈性とサンプル効率を両立する点が議論の中心と推測されるが、限界や失敗事例は要旨に記載なし。

6. 次に読むべき論文は?

- 要旨で参照/比較されているのはSoTAのend-to-end VLA policies。 - 関連手法としてneuro-symbolic methods、L* algorithm、Mealy state machine、behavior cloning (BC) が挙げられる。 - 具体的な論文名は要旨に記載なし。

※ 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: Yiyuan Pan, Xusheng Luo, Hanjiang Hu, Peiqi Yu, Changliu Liu

分類: cs.RO

原文アブストラクト

Scaling robot learning to long-horizon tasks remains a formidable challenge. While end-to-end policies often lack the structural priors needed for effective long-term reasoning, traditional neuro-symbolic methods rely heavily on hand-crafted symbolic priors. To address the issue, we introduce ENAP (Emergent Neural Automaton Policy), a framework that allows a bi-level neuro-symbolic policy adaptively emerge from visuomotor demonstrations. Specifically, we first employ adaptive clustering and an extension of the L* algorithm to infer a Mealy state machine from visuomotor data, which serves as an interpretable high-level planner capturing latent task modes. Then, this discrete structure guides a low-level reactive residual network to learn precise continuous control via behavior cloning (BC). By explicitly modeling the task structure with discrete transitions and continuous residuals, ENAP achieves high sample efficiency and interpretability without requiring task-specific labels. Extensive experiments on complex manipulation and long-horizon tasks demonstrate that ENAP outperforms state-of-the-art (SoTA) end-to-end VLA policies by up to 27% in low-data regimes, while offering a structured representation of robotic intent (Fig. 1).

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