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ナビゲーションarXiv:2604.21363

階層的認知と文脈認識型探索を備えた実装可能な具現化視覚言語ナビゲーションシステム

A Deployable Embodied Vision-Language Navigation System with Hierarchical Cognition and Context-Aware Exploration

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実世界ロボット向けに、高速な知覚行動層と深い推論層を非同期に動作させ、共有メモリで連携するVLNシステムを提案。探索問題を重み付き巡回修理人問題として定式化し、実機でも高効率・高推論性能を実現した。

詳しい要約

1. どんなもの?

- 実世界ロボット上で動作するdeployableなembodied VLN systemを提案。 - 高速なperception-action layerと深いreasoning layerを非同期に異なる時間スケールで動作させ、shared memory layerで連携。 - 長期的なreasoningのため、compactなmemory graphを逐次構築し、分解したsubgraphをVLMに段階的に入力。 - explorationをWeighted Traveling Repairman Problem (WTRP)として定式化し、reasoning結果と候補領域の空間分布を考慮。 - simulationと実環境で評価し、resource-constrained hardware上でreal-time性能を維持しつつ、既存VLN手法よりナビゲーション成功率と効率が向上。

2. 先行研究と比べてどこがすごい?

- 既存のVLN手法はreasoning capabilityと実機でのdeployment efficiencyのトレードオフに直面。 - 提案システムは高い効率と強いhigh-level reasoningを両立し、実世界ロボットで動作可能。 - 階層的認知とcontext-aware explorationにより、既存VLN手法よりナビゲーション成功率と効率が向上。 - resource-constrained hardware上でもreal-time性能を維持。

3. 技術・手法の肝は?

- システムをfast perception-action layerとdeep reasoning layerに分解し、非同期・異時間スケールで実行。 - shared memory layerで両層を効率的に連携。 - 長期的reasoningのため、compactなmemory graphを逐次構築し、分解したsubgraphをVLMに段階的に供給。 - explorationをWeighted Traveling Repairman Problem (WTRP)として定式化し、reasoning結果と候補領域の空間分布を同時に考慮。

4. どうやって有効だと検証した?

- simulationと実世界環境での広範な実験を実施。 - 既存VLN手法と比較してナビゲーション成功率と効率の向上を確認。 - resource-constrained hardware上でreal-time性能を維持することを確認。 - codeと追加の実世界実験をhttps://github.com/xukuanHIT/HiCo-Navで公開。

5. 議論はある?

- 要旨からは不明。

6. 次に読むべき論文は?

- 要旨で参照/比較されている具体的な先行研究は明記されていない。 - 同分野の定番として、Vision-and-Language Navigation (VLN) の代表的手法(例: R2R, RxR, VLN-CE, HAMT, RecBERTなど)や、embodied AIの基盤モデル(例: CLIP, GPT-4VなどのVLM)を挙げる。

※ 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: Kuan Xu, Ruimeng Liu, Yizhuo Yang, Denan Liang, Tongxing Jin, Shenghai Yuan, Chen Wang, Lihua Xie

分類: cs.RO

原文アブストラクト

Bridging the gap between embodied intelligence and embedded deployment remains a key challenge in intelligent robotic systems, where perception, reasoning, and planning must operate under strict constraints on computation, memory, energy, and real-time execution. In vision-and-language navigation (VLN), existing approaches often face a trade-off between reasoning capability and deployment efficiency on real-world platforms. In this paper, we present a deployable embodied VLN system that achieves both high efficiency and strong high-level reasoning on real-world robots. The system is decomposed into a fast perception-action layer and a deep reasoning layer running asynchronously at different time scales, with a shared memory layer enabling efficient interaction between them. To support long-horizon reasoning, we incrementally construct a compact memory graph and progressively feed decomposed subgraphs into a vision-language model (VLM). Furthermore, we formulate exploration as a Weighted Traveling Repairman Problem (WTRP) by jointly considering reasoning outcomes and the spatial distribution of candidate regions. Extensive experiments in simulation and real-world environments demonstrate improved navigation success and efficiency over existing VLN approaches while maintaining real-time performance on resource-constrained hardware. Code and additional real-world experiments are available at https://github.com/xukuanHIT/HiCo-Nav.

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