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ナビゲーションarXiv:2607.12370

StratMamba:経路効率的なLiDAR障害物回避のための戦略的・反応的ストリーム分割

StratMamba: Strategic and Reactive Stream Partitioning for Path-Efficient LiDAR-Based Obstacle Avoidance

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LiDARデータを高速減衰と低速減衰の2つのストリームに分割するMambaベースのアーキテクチャを提案し、反応的回避と戦略的計画を両立させて障害物回避性能を向上させた。

詳しい要約

1. どんなもの?

StratMambaは、LiDARベースの障害物回避のための二重ストリームMambaベースの時間モデリングアーキテクチャを提案する。高速減衰と低速減衰のメモリ構造を組み合わせ、高速減衰成分は高周波LiDARデータを処理してリアクティブな障害物回避を行い、低速減衰成分は長期的な目標情報を保持して戦略的計画を実現する。

2. 先行研究と比べてどこがすごい?

従来のLSTM、Transformer、Vanilla-Mambaなどの時間的RLベースラインと比較して、StratMambaは長期的な時間依存関係をより効率的に捉える。特に、二重ストリーム分割により、リアクティブな安全性と戦略的ナビゲーションのバランスを向上させ、タイムアウト率を低減しつつ、最速のナビゲーション速度と最高の経路最適性を達成する。

3. 技術・手法の肝は?

手法の核心は、高速減衰と低速減衰のメモリ構造を組み合わせたデュアルストリームMambaアーキテクチャである。高速減衰成分は高周波LiDARデータを処理して即時の障害物回避を行い、低速減衰成分は長期的な目標情報を保持して戦略的計画を担う。これにより、複雑で障害物の多い環境での長期的な時間依存関係を効率的にモデル化する。

4. どうやって有効だと検証した?

IsaacLabとGazeboで様々な障害物回避シナリオを評価し、Unitree GO1四足ロボットを用いたシミュレーションから実世界への展開も検証した。静的・動的障害物のある環境で、LSTM、Transformer、Vanilla-Mambaなどのベースラインと比較し、タイムアウト率の低減、ナビゲーション速度の向上(中央値576ステップ、Vanilla-Mambaより5.0%向上)、経路効率0.915の最高値を達成した。実世界評価では、拡張LiDARレンジでの堅牢性がVanilla-MambaやTransformerより優れていることを示した。

5. 議論はある?

要旨からは、二重ストリーム分割がリアクティブ安全性と戦略的ナビゲーションのバランスに有効であることが示唆されるが、計算コストやモデルの複雑さ、他の環境やセンサー設定での汎用性などについては言及されていない。また、実世界評価は特定のロボットと障害物シナリオに限定されており、より多様な条件での検証が今後の課題と考えられる。

6. 次に読むべき論文は?

要旨で参照されている比較対象であるLSTM、Transformer、Vanilla-Mambaに関する論文が次に読むべきである。また、Mambaアーキテクチャの基礎論文や、時間的モデリングを用いた強化学習によるナビゲーションの関連研究も有用である。

※ 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: Hung-Chieh Wu, Xiaopan Zhang, Kasra Sinaei, Ryan Abnavi, Kasun Weerakoon, Christopher Bradley, Seyed Fakoorian, Jiachen Li, Donald Ebeigbe

分類: cs.RO

原文アブストラクト

This paper proposes StratMamba, a dual-stream Mamba-based temporal modeling architecture, to more efficiently capture long-horizon temporal dependencies required for robot navigation in complex and obstacle-rich environments. StratMamba leverages a combination of fast-decay and slow-decay memory architectures, where the fast-decay component processes high-frequency LiDAR data for reactive obstacle avoidance, while the slow-decay component maintains longer-horizon goal information for strategic planning. We perform extensive evaluations of different obstacle avoidance scenarios in IsaacLab and Gazebo, while also validating successful sim-to-real deployment on a Unitree GO1 quadruped robot navigating in the presence of static/dynamic obstacles. Comparisons with other temporal RL baselines, such as LSTM, Transformer, and Vanilla-Mamba, show that our StratMamba achieves exceptional temporal reasoning efficiency with a lower timeout rate, while maintaining the fastest navigation speed (576 median steps, 5.0% better than Vanilla-Mamba). It also achieves the highest path optimality (0.915 path efficiency) across all baselines. Real-world evaluation reveals that StratMamba maintains more robust performance across extended LiDAR ranges compared to vanilla Mamba and the Transformer, demonstrating that dual-stream partitioning effectively balances reactive safety with strategic navigation under challenging sensing conditions.

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