【论文阅读】π0.5: a Vision-Language-Action Model with Open-World Generalization

1 发表时间与团队

• 发表时间：2025年4月22日。
• 团队：Physical Intelligence（由机器人学大牛 Sergey Levine、Chelsea Finn、Karol Hausman 等人领导）。

2 问题背景和核心思路

• 问题背景：现有的机器人模型（VLA）在受控实验室表现良好，但在复杂的真实家庭环境中面临泛化性差、无法处理长程任务（如 15 分钟的家务）以及无法理解复杂指令的挑战。

• 核心思路：通过异构任务联合训练（Co-training），将互联网海量常识（Web Data）、跨本体机器人知识（Cross-Embodiment）与目标机器人的移动操作数据结合。通过层次化推理（感知→ \to→规划→ \to→执行）来实现“开箱即用”的泛化能力。

3 具体设计

3.1 模型设计（分层推理链）

模型在处理每一帧画面时，遵循一套严密的“思维链”预测顺序：

• 感知层（Bounding Box）：首先在画面中圈出相关物体。这利用了 Web 数据中学到的物体常识，为后续操作定位。

• 规划层（Subtask Labels）：预测当前的语义子任务（如“打开微波炉”）。这利用了手动标注的步进式指令知识。

• 执行层（Action Expert）：

  • 双轨道预测：模型同时预测离散 Token（用于对齐语义和加速训练）和连续动作流（通过 Flow Matching 实现）。
  • 冗余输出：同时预测关节角度和末端执行器位姿。末端位姿用于跨机型泛化，关节角度用于直接、安全的物理执行。
  • 动作专家：在后训练阶段引入的专用权重，负责将高层指令转化为丝滑的物理轨迹。

3.2 数据设计

• 离散化统一：所有数据（动作、坐标、文本、检测框）都被转化为 FAST Token，使机器人能像 LLM 处理文本一样处理动作。
  • 数据阶段化：预训练阶段：加入大量 CE（跨本体） 数据，让模型成为“杂家”，理解各种物体的物理交互。
  • 后训练阶段：去掉 CE 数据以减少噪音，专注目标机器人的 MM（移动操作） 数据。加入专家标注的 VI（口头指令），教模型如何“分步骤”拆解长任务。

4 实验

• 真实世界评测（In-the-wild）：大胆地在三个从未见过的私人家庭中进行测试，模型在无需微调的情况下，能持续执行 10-15 分钟的复杂任务。
• 评估标准（Progress-based）：不采用二元成功率，而是根据完成步骤的百分比打分，更客观地衡量模型在长程任务中的鲁棒性。
• 代表性验证（Mock vs Real）：证明了实验室模拟环境（Mock Env）的效果与真实环境（Real Env）具有强相关性，验证了实验结论的可靠性。
• 环境规模效应：通过控制变量实验证明，即便数据量相同，训练时见过的房子越多（多样性高），模型的泛化能力越强，且 100 个环境仍未达到上限。

5 结论

π 0.5 \pi_{0.5}π0.5​证明了：

• 结构化推理（先找物体、再想步骤、后动手）是解决长程任务的最优解。
• 异构联合训练能让机器人具备“物理常识”，实现跨场景的零样本泛化。
• 分阶段训练策略（先泛化、后聚焦）是训练高性能机器人的有效路径。