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ナビゲーションarXiv:2608.05078

SpikingNav: スパイキングニューラルポリシーによる頑健な身体化ナビゲーション

SpikingNav: Robust Embodied Navigation with Spiking Neural Policies

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スパイキングニューラルネットワークを用いた屋内ナビゲーション手法を提案し、視覚的劣化に対する頑健性を向上させた。

詳しい要約

1. どんなもの?

SpikingNavは、スパイキングニューラルネットワーク(SNN)を用いた屋内のEmbodied Navigationのためのロバストなフレームワークである。Spiking Sensing Encoder (SSE)とSpiking Policy Network (SPN)から構成され、スパイクベースの視覚特徴抽出と、膜電位の統合・閾値処理・スパイクトリガーリセットによるリカレントなポリシー状態を実現する。PointNavとObjectNavタスクにおいて、クリーンな観測と視覚的劣化の両方で評価され、ロバスト性と効率性を実証している。

2. 先行研究と比べてどこがすごい?

既存のANNベースのナビゲーションモデルは高性能だが、高密度な計算を必要とし、視覚的劣化に対して脆弱である。SpikingNavは、SNNのイベント駆動計算と時間的ダイナミクスを活用することで、少ないパラメータと低い計算コストで、クリーンな性能を維持しつつ、視覚的劣化に対するロバスト性を向上させている。特に、ObjectNavの成功率を31.05%から34.12%に改善し、視覚的劣化下での平均成功率を8.45%から13.71%に向上させた。

3. 技術・手法の肝は?

手法の肝は、スパイクベースのセンシングとポリシーダイナミクスの統合である。SSEはスパイクベースのバックボーンを用いてタスク条件付きの視覚特徴を抽出し、SPNは膜電位の統合、閾値処理、スパイクトリガーリセットを通じてリカレントなポリシー状態を維持する。これにより、SNNの動的特性とスパイク活性化を活用し、ナビゲーション性能とロバスト性を向上させる。

4. どうやって有効だと検証した?

PointNavとObjectNavタスクにおいて、クリーンな観測と視覚的劣化の両方で評価した。ANNベースラインと比較して、クリーンな性能で競争力を持ち、より少ないパラメータと低い計算コストで強いロバスト性を示した。さらに、Thruster-V2 neuromorphic chip上でスパイクベースのセンシング手法の展開可能性を検証し、実ハードウェア上での動作を確認した。

5. 議論はある?

要旨からは、SNNの利点が示されているが、ANNベースラインとの比較は特定の設定に限定されている可能性がある。また、視覚的劣化の種類や程度、他のタスクへの一般化、エネルギー消費の詳細な比較などは不明である。さらに、実機での検証はセンシング部分のみであり、ポリシー全体の展開については言及されていない。

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、ANNベースのナビゲーションモデル(例:PointNavやObjectNavのベースライン)や、SNNのロバスト性に関する研究が挙げられる。具体的には、スパイクベースの視覚認識や、ニューロモーフィックハードウェア上での展開に関する論文が関連する。

※ 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: Jiahong Zhang, Sijun Shen, Dehua Wu, Yifan Lin, Xuechen Xia, Xu Chu, Youhui Zhang, GuoqiLi

分類: cs.RO

原文アブストラクト

Embodied navigation requires an agent to make sequential decisions from egocentric observations in a physical environment. Existing Artificial Neural Network (ANN)-based navigation models have achieved strong performance, yet they often rely on dense computation and may degrade under visual corruptions. Spiking neural networks (SNNs) provide event-driven computation and intrinsic temporal dynamics, which are promising for compact and robust navigation on resource-constrained platforms. However, whether spike-based sensing and policy dynamics can improve robustness in visually rich embodied navigation remains an open problem. This paper proposes SpikingNav, a spiking framework for robust indoor embodied navigation. It contains a Spiking Sensing Encoder (SSE) and a Spiking Policy Network (SPN). The SSE extracts task-conditioned visual features with a spike-based backbone. The SPN maintains a recurrent policy state through membrane integration, thresholding, and spike-triggered reset. In this way, SpikingNav exploits the dynamic properties and spike activations of SNNs to improve navigation performance and robustness. We evaluate SpikingNav on PointNav and ObjectNav under clean observations and visual corruptions. SpikingNav achieves competitive clean performance and stronger robustness with fewer parameters and lower per-step computation than a matched ANN baseline. For instance, SpikingNav improves ObjectNav success from 31.05% to 34.12%, and raises the average success under visual corruptions from 8.45% to 13.71%, demonstrating the benefits of spike-based sensing and policy dynamics. We further validate the deployability of our spike-based sensing method on the Thruster-V2 neuromorphic chip. This physical hardware validation shows that SpikingNav can be instantiated on a real neuromorphic substrate for cyber-physical systems.

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