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強化学習/適応arXiv:2608.23452

報酬なし連続適応による耐障害宇宙ロボット

Reward-Free Continual Adaptation for Resilient Space Robots

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宇宙ロボットのハードウェア劣化に対応するため、報酬信号なしで適応可能な報酬フリー連続学習フレームワークを提案。事前学習した世界モデルの遷移ダイナミクスのみを更新し、想像上の軌道でポリシーを訓練する。

詳しい要約

1. どんなもの?

本論文は、宇宙ロボットがハードウェアの劣化に直面した際に、報酬信号なしで継続的に適応するための報酬フリー継続学習フレームワークを提案する。事前学習されたモデルベースのエージェントが潜在状態の世界モデルを利用し、展開時に観測エンコーダと報酬予測器を凍結して遷移ダイナミクスのみを教師なしロールアウトで更新することで、新しい報酬を必要とせずにポリシーを適応させる。

2. 先行研究と比べてどこがすごい?

従来の継続強化学習は展開中に報酬信号を必要とするが、宇宙環境では外部追跡システムの欠如や環境の複雑さから正確な報酬計算が困難である。本手法は報酬フリーで適応を可能にし、事前学習した世界モデルの潜在空間に報酬構造の予測子を組み込む点が新しい。

3. 技術・手法の肝は?

手法の核心は、多様なシミュレーションでモデルベースエージェントを事前学習し、世界モデルが潜在空間内で報酬構造のロバストな予測子を学習すること。展開時には観測エンコーダと報酬予測器を凍結し、遷移ダイナミクスのみを教師なしロールアウトで更新する。更新された世界モデルが生成する想像上の軌跡でポリシーを訓練することで、報酬なしで適応する。

4. どうやって有効だと検証した?

シミュレーション環境で、惑星横断、軌道航行、精密組立タスクを対象に、深刻な形態的故障を課して検証した。具体的な評価指標や比較結果は要旨からは不明だが、これらのタスクで適応が実証されたと述べている。

5. 議論はある?

要旨からは、報酬フリー適応の限界や、凍結したエンコーダと報酬予測器が劣化に対してどの程度ロバストか、実環境での適用可能性などについての議論は不明。また、教師なしロールアウトの安定性や、事前学習の多様性の影響も考察されていない。

6. 次に読むべき論文は?

要旨で参照されている関連研究は明示されていないが、継続強化学習とモデルベース強化学習の分野の定番論文(例:World Models, Dreamer, MAMLなど)が関連する。具体的には、モデルベース強化学習のDreamerや、継続学習のElastic Weight Consolidationなどが挙げられる。

※ 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: Andrej Orsula, Miguel Olivares-Mendez, Carol Martinez

分類: cs.RO, cs.AI, cs.LG

原文アブストラクト

Space robots operate in extreme environments where hardware degradation can critically compromise traditional control strategies. While continual reinforcement learning offers a promising mechanism for online adaptation, it inherently requires access to a reward signal during deployment. However, precise reward computation in space is often infeasible due to the lack of external tracking systems and the overall complexity of the environment. To address the challenge of unobservable rewards, we introduce a reward-free continual learning framework that leverages latent-state world models. By pre-training a model-based agent across diverse simulations, the world model learns a robust predictor of the reward structure within its latent space. Upon deployment to an environment with severe hardware degradation, we freeze the observation encoder and reward predictor to update only the transition dynamics of the world model through unsupervised rollouts. By training the policy entirely on imagined trajectories generated by this updated world model, the agent adapts to altered dynamics without receiving new rewards. We demonstrate our approach across simulated planetary traversal, orbital navigation, and precision assembly tasks subjected to severe morphological failures.

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