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模倣学習/階層的制御arXiv:2607.10625

二重プロセス原子スキル学習:意味推論とリアルタイム制御の分離

Dual-Process Atomic Skill Learning: Decoupling Semantic Reasoning and Real-Time Control

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言語条件付き模倣学習において、高次の意味推論と低次の動作生成を非同期に分離する新しい階層的枠組みDASLを提案し、複合タスクの汎化性能を向上させた。

詳しい要約

1. どんなもの?

DASLは、言語条件付き模倣学習(IL)において、マルチステップの複合タスクを扱うための非同期階層型模倣学習フレームワークである。認知科学の二重過程理論に着想を得て、遅い意味推論と速いリアルタイム動作制御を分離する。Slow-Frequency PolicyがVector Quantizationを用いて解釈可能な離散スキルを予測し、High-Frequency Policyが潜在拡散モデルとDecision Transformerを用いて、そのスキルに条件付けられた正確なアクションを生成する。

2. 先行研究と比べてどこがすごい?

既存の階層的アプローチは、タスクを原子スキルに分解するが、高レベルのスキル推論と低レベルのアクション生成を共同訓練するため、訓練の不安定性やcodebook collapseが生じる。DASLは、これらを非同期に分離し、拡散モデルで潜在空間を構造化することで、スキルcodebookの干渉問題を緩和し、従来手法よりも優れた性能を達成している。

3. 技術・手法の肝は?

手法の肝は、Slow-Frequency PolicyとHigh-Frequency Policyを非同期に調整することである。Slow-Frequency Policyは離散スキルを予測し、High-Frequency Policyは潜在拡散モデルとDecision Transformerを用いて、そのスキルに基づいてアクションを生成する。拡散モデルにより潜在空間が構造化され、スキル表現の干渉が軽減される。

4. どうやって有効だと検証した?

シミュレーションベンチマークと実機実験で評価し、最先端のベースラインと比較して、スキル獲得と未見の命令への合成的汎化において大幅な性能向上を示した。

5. 議論はある?

要旨からは、具体的な議論や限界は不明である。ただし、提案手法が非同期訓練により安定性を向上させた一方で、実機での汎化や計算コストなどに関する詳細な議論は要旨に含まれていない。

6. 次に読むべき論文は?

要旨で参照されている関連研究として、階層的模倣学習、Vector Quantization、Decision Transformer、拡散モデルを用いた行動生成に関する論文が挙げられる。具体的には、Decision Transformerの原著論文や、拡散政策に関する研究が関連する。

※ 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: Jun Chen, Erdent Bao, Wenlong Dong, Jierui Liu, Qi Cai, Hao Wan, Shaopeng Li, Weijun Qin, Jing Liang, Huiping Zhuang

分類: cs.RO

原文アブストラクト

Language-conditioned Imitation Learning (IL) is essential for enabling robots to perform complex tasks following natural language instructions. However, generalizing to multi-step compositional tasks remains a significant challenge. While hierarchical approaches attempt to address this by decomposing tasks into atomic skills, existing methods often suffer from training instability and codebook collapse due to the tight coupling between high-level skill reasoning and low-level action generation in joint training paradigms. Inspired by the Dual-Process Theory of cognition, we propose Dual-Process Atomic Skill Learning (DASL), a novel asynchronous hierarchical imitation learning framework that decouples slow semantic reasoning from fast, real-time motion control. DASL comprises a Slow-Frequency Policy that predicts interpretable, discrete skills via Vector Quantization, and a High-Frequency Policy that leverages a latent diffusion model and a Decision Transformer to generate precise actions conditioned on these latent skills. By asynchronously coordinating these modules and utilizing diffusion to structure the latent space, our framework mitigates the skill codebook interference problem common in joint training paradigms. Evaluations across simulation benchmarks and experiment demonstrate that DASL significantly outperforms state-of-the-art baselines, excelling in skill acquisition and compositional generalization to unseen instructions. GitHub page: https://github.com/Hatakekaka/DASL

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