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arXiv:2303.03378

PaLM-E: An Embodied Multimodal Language Model

PaLM-E: An Embodied Multimodal Language Model

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🏛 フィジカルAI 必読論文ロボット基盤モデル・VLA
本論文は、Google ResearchとTU Berlinのチームが2023年に発表したPaLM-E(Pathways Language Model with Embodied)を提案したものである。これは、ロボットの知覚・計画・制御を単一の大規模言語モデル(LLM)に統合する、初の実用的な「身体化マルチモーダル言語モデル」である。従来のロボットシステムは、物体検出、状態推定、プランナー、制御器などが個別に設計され、それぞれが独立したモジュールとして動作していた。PaLM-Eはこれらを一つのモデルに統合し、テキスト、画像、ロボットのセンサデータ(例:関節角度、深度画像)を同一のトークン空間に埋め込むことで、言語指示から直接ロボットの行動系列を生成することを可能にした。 仕組みの核心は、マルチモーダル入力を言語モデルのトークンに変換する「エンコーダ」の導入にある。具体的には、画像やロボットの状態を連続ベクトルにエンコードし、それをテキストトークンと並べてTransformerに入力する。これにより、モデルは「赤いカップを取って」という言語指示と、カメラ画像、ロボットの関節角度を同時に処理し、行動計画(例:アームを動かす、グリッパーを閉じる)をテキスト形式で出力する。さらに、PaLM-Eは大規模な事前学習済み言語モデル(PaLM)を基盤とし、ロボットデータで追加学習(ファインチューニング)することで、言語知識と身体的行動を結びつけた。重要なのは、モデルが「計画」と「制御」を分離せず、エンドツーエンドで学習する点である。 この論文が画期的だった理由は、それまでのロボット学習がタスクごとに個別のモデルを訓練する必要があり、汎用性が低かったのに対し、PaLM-Eは単一のモデルで複数のタスク(把持、移動、操作)を言語指示に応じて切り替えられることを示した点にある。また、大規模言語モデルの知識(例:物体の属性、空間関係)をロボットの行動に直接活用できることを実証し、言語と身体的行動のギャップを埋めた。さらに、モデルが自己回帰的に行動を生成するため、長期的な計画(例:複数ステップのタスク)も可能であり、従来の階層的プランナーに頼る必要がなかった。 フィジカルAIの観点では、PaLM-Eは「基盤モデルをロボットに適用する」という流れの先駆けとなった。その後、RT-1、RT-2、OctoなどのVLA(Vision-Language-Action)モデルが登場し、ロボットの汎用性を飛躍的に高める方向性を確立した。特に、PaLM-Eが示した「言語モデルを行動生成に使う」というアイデアは、その後のロボット基盤モデルの標準的な設計に影響を与えた。また、マルチモーダル入力のトークン化手法は、視覚と言語の融合だけでなく、触覚や力覚などの他のモダリティへの拡張可能性も示唆しており、身体性AIの研究において重要なマイルストーンである。ただし、PaLM-Eは実機での実行に際して計算コストが高く、リアルタイム性に課題があったが、その後の軽量化や蒸留技術によって改善され、現在のロボット基盤モデルの発展につながった。

※ 解説はAIが生成。被引用数はOpenAlex由来(取得できた論文のみ表示)。詳細は原論文をご確認ください。

著者: Danny Driess, Fei Xia, Mehdi S. M. Sajjadi, Corey Lynch, Aakanksha Chowdhery, Brian Ichter, Ayzaan Wahid, Jonathan Tompson, Quan Vuong, Tianhe Yu, Wenlong Huang, Yevgen Chebotar, Pierre Sermanet, Daniel Duckworth, Sergey Levine, Vincent Vanhoucke, Karol Hausman, Marc Toussaint, Klaus Greff, Andy Zeng, Igor Mordatch, Pete Florence

分類: cs.LG, cs.AI, cs.RO

原文アブストラクト

Large language models excel at a wide range of complex tasks. However, enabling general inference in the real world, e.g., for robotics problems, raises the challenge of grounding. We propose embodied language models to directly incorporate real-world continuous sensor modalities into language models and thereby establish the link between words and percepts. Input to our embodied language model are multi-modal sentences that interleave visual, continuous state estimation, and textual input encodings. We train these encodings end-to-end, in conjunction with a pre-trained large language model, for multiple embodied tasks including sequential robotic manipulation planning, visual question answering, and captioning. Our evaluations show that PaLM-E, a single large embodied multimodal model, can address a variety of embodied reasoning tasks, from a variety of observation modalities, on multiple embodiments, and further, exhibits positive transfer: the model benefits from diverse joint training across internet-scale language, vision, and visual-language domains. Our largest model, PaLM-E-562B with 562B parameters, in addition to being trained on robotics tasks, is a visual-language generalist with state-of-the-art performance on OK-VQA, and retains generalist language capabilities with increasing scale.