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器用操作/sim2realarXiv:2606.08828

ビデオからシミュレーション、そして実世界へ:単一の人間ビデオからの全自動器用スキル獲得

Video2Sim2Real: Full-Stack Autonomous Dexterous Skill Acquisition from a Single Human Video

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単一の人間操作ビデオから、シミュレーション環境でのデジタルツイン構築と物体中心のキーフレーム最適化によりロボット動作を獲得し、さらに実世界のノイズや不完全な知覚への頑健性を分離するsim-to-real戦略で器用な操作スキルを自律的に獲得するフレームワークを提案した。

詳しい要約

1. どんなもの?

- 単一の人間の操作動画からロボットの器用なスキルを自律的に獲得するフルスタックフレームワーク「Video2Sim2Real」を提案。 - 既製の基盤モデルを利用してシミュレータ対応のデジタルツインを再構築し、ロボットと物体の運動事前分布を抽出。 - 物体中心のキーフレームを特定し、シミュレータ内の物体情報を用いてロボット構成を最適化。 - シミュレーションから実機への転移ギャップを橋渡しするため、ILと残差RLを組み合わせた戦略を導入。 - 衝突を考慮した運動計画モジュールにより、新しい物体配置への空間的一般化を実現。

2. 先行研究と比べてどこがすごい?

- 従来の人間動画からのロボット学習では、知覚誤差と身体性ギャップにより直接転移が困難だった。 - 提案手法は、抽出されたロボット運動を信頼できる参照として扱うのではなく、物体中心のキーフレームから基本的な監督源を回復して利用する点が新しい。 - シミュレーションと実世界のギャップに対して、知覚のノイズ・不完全性へのロバスト性と手と物体の相互作用ダイナミクスの変動を分離する戦略を導入。 - 複数の日常操作タスクにおいて、シミュレーションでのタスク成功率、安全性、軌道整合性を多くのベースラインより改善し、既存技術より優れたsim-to-real転移を達成。

3. 技術・手法の肝は?

- 既製の基盤モデルを用いて単一の人間動画からシミュレータ対応のデジタルツインを再構築し、ロボットと物体の運動事前分布を抽出。 - 物体中心のキーフレームを特定し、シミュレータ内の物体情報を用いて対応するロボット構成を最適化。 - 最適化されたロボット構成をアンカーとしてロボット運動を洗練し、環境に所望の影響を与えるように調整。 - シミュレーションから実機への転移のために、ノイズの多い実世界の点群からILでロボット構成を再校正する学習を行う。 - 残差RLを用いて指レベルの局所適応を行い、ロバストで効果的な相互作用を確保。 - 衝突を考慮した運動計画モジュールにより、新しい物体配置への空間的一般化を可能にする。

4. どうやって有効だと検証した?

- 複数の日常操作タスクにおいて、シミュレーションでのタスク成功率、安全性、軌道整合性を多くのベースラインと比較して改善。 - 既存技術と比較して優れたsim-to-real転移を達成。 - これらの結果から、人間動画からの自律的な器用スキル獲得への有望な道筋を示す。

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/比較されている研究や関連手法は明示されていない。 - 同分野の定番として、Imitation Learning (IL)、Reinforcement Learning (RL)、Sim-to-Real Transfer、Digital Twin、Foundation Models などが関連する。

※ 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: Yunhai Han, Jianuo Qiu, Linhao Bai, Ziyu Xiao, Zihang Zeng, Yangcen Liu, Zhaodong Yang, Shalin Jain, Wenrui Ma, Jiaqi Fu, Yuqian Zheng, Manisha Natarajan, Muhammad Zubair Irshad, Kenneth Shaw, Matthew Gombolay, Zsolt Kira, Harish Ravichandar

分類: cs.RO

原文アブストラクト

Human manipulation videos are a convenient and intuitive source for robot learning. However, directly transferring human dexterity to robots remains challenging due to perception errors and embodiment gap. To address this, we introduce Video2Sim2Real, a full-stack framework for autonomous skill acquisition from a single human manipulation video. Our framework first uses off-the-shelf foundation models to reconstruct a simulator-ready digital twin and extract robot and object motion priors. Rather than treating the extracted robot motion as a reliable reference throughout execution, our key idea is to recover and leverage the most fundamental sources of supervision from the demonstrated skill: We identify object-centric keyframes to optimize the corresponding robot configurations using object information from the simulator, and use these configurations as anchors that refine the robot motion such that it ultimately has the desired impact on the environment. To bridge the remaining sim-to-real gap, we introduce a sim-to-real strategy that decouples robustness to noisy and incomplete perception from variations in hand-object interaction dynamics. Specifically, we learn to recalibrate robot configurations from noisy real-world point clouds via IL, and leverage residual RL to perform local finger-level adaptations to ensure for robust and effective interactions. Finally, a collision-aware motion planning module enables spatial generalization to novel object configurations. Across several everyday manipulation tasks, Video2Sim2Real improves simulated task success, safety, and trajectory coherence over numerous baselines, and achieves better sim-to-real transfer than existing techniques. These results demonstrate a promising path toward autonomous dexterous skill acquisition from human videos.

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