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経路探索arXiv:2606.20031

ニューロモルフィック強化学習による移動型ロボットフルフィルメントシステムの効率的経路探索

A Neuromorphic Reinforcement Learning Framework for Efficient Pathfinding in Robotic Mobile Fulfillment Systems

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移動型ロボットフルフィルメントシステムの経路探索を、スパイクニューラルネットワークを用いたニューロモルフィックチップ上で実行する強化学習フレームワークを提案し、GPU比で約1万倍の省エネと約2倍の低遅延を実現した。

詳しい要約

1. どんなもの?

- RMFS における pathfinding を対象とした neuromorphic RL framework の提案。 - SDQN-RMFS と名付けられた end-to-end framework。 - full-precision ANN から neuromorphic chip への高忠実度デプロイを実現。 - sparse event 駆動で超低消費電力の pathfinding を可能にする。

2. 先行研究と比べてどこがすごい?

- 従来の search- and rule-based 手法は計算複雑度が高く decision latency が長い。 - RL は代替手段だが resource-constrained hardware 上での高エネルギー効率デプロイが未解決。 - 本手法は GPU baseline 比で最大 11,281 倍の energy savings と約 2 倍の latency 削減を達成。 - 決定品質は元の trained policy と同等に維持。

3. 技術・手法の肝は?

- ANN policy を collision-allowing strategy で効率的に訓練し informative trajectories を稠密化。 - hard-label knowledge distillation により ANN を SNN へ変換。 - これにより output distribution mismatch を解消し、ANN-to-SNN pipeline 全体で policy 能力を保持。 - 推論 latency を大幅に削減。

4. どうやって有効だと検証した?

- hardware experiments を実施。 - 高性能 GPU baseline と比較して最大 11,281 倍の energy savings と約 2 倍の latency 削減を確認。 - 決定品質が元の trained policy と同等であることを維持。

5. 議論はある?

- 結果は physical neuromorphic inference が大規模 RMFS 運用の実用的かつ energy-sustainable な経路であることを示す。 - その他の議論や限界については要旨からは不明。

6. 次に読むべき論文は?

- 要旨で参照/比較されている研究は明示されていない。 - 同分野の定番として reinforcement learning、spiking neural network、knowledge distillation、neuromorphic computing に関する論文が挙げられる。

※ 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: Junzhe Xu, Zecui Zeng, Lusong Li, Yuetong Fang, Renjing Xu

分類: cs.RO, cs.AI

原文アブストラクト

Dynamic environmental changes, confined workspaces, and stringent real-time constraints make pathfinding in Robotic Mobile Fulfillment Systems (RMFS) a challenging problem for conventional search- and rule-based methods, which typically suffer from high computational complexity and long decision latency. While reinforcement learning (RL) has emerged as a powerful alternative, deploying learned policies with extreme energy efficiency on resource-constrained hardware remains an open challenge. We present SDQN-RMFS, an end-to-end framework that achieves high-fidelity deployment of an RL-trained policy from a full-precision artificial neural network (ANN) through to a neuromorphic chip. By computing only when triggered by sparse events, this framework unlocks ultra-low-power RMFS pathfinding. Our full-stack pipeline operates as follows: an ANN policy is first efficiently trained via a collision-allowing strategy to densify informative trajectories, and then converted into a spiking neural network (SNN) via a hard-label knowledge distillation approach. This effectively addresses the output distribution mismatch, preserving policy capability across the ANN-to-SNN pipeline while substantially reducing inference latency. Hardware experiments demonstrate up to 11,281$\times$ energy savings and a nearly two-fold reduction in latency compared to a high-performance GPU baseline, while maintaining decision quality on par with the original trained policy. These results establish physical neuromorphic inference as a practical and energy-sustainable pathway for large-scale RMFS operations.

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