自主導航機器人行為與人類意圖和偏好的對齊

核心概念

本論文旨在開發機器學習方法,使自主導航機器人的行為能夠與人類操作員或所有者的意圖和偏好保持一致。

要約

本論文提出了三個主要貢獻,以解決自主導航中的價值對齊問題:

1. 視覺模仿學習用於機器人導航:

   • 介紹了一種稱為VOILA的模仿學習算法,可以從人類演示中學習視覺導航策略,即使存在視角差異。
   • VOILA能夠端到端地從原始傳感器觀測映射到低級動作命令,在模擬和實體機器人實驗中都表現良好。

2. 偏好對齊的越野導航:

   • 提出了STERLING,一種自監督的地形表示學習算法,可以從未受約束的機器人經驗中學習相關的地形表示。
   • 提出了PATERN,一種能夠將操作員對視覺新地形的偏好外推的算法。
   • 通過實體機器人實驗,證明了STERLING和PATERN能夠產生與操作員地形偏好一致的導航行為。

3. 社交協調的機器人導航:

   • 介紹了SCAND數據集,包含人類演示的社交協調導航行為。
   • 提出了一種混合方法,結合古典導航算法和基於SCAND的行為克隆,實現了社交協調的機器人導航。
   • 通過實體機器人實驗和人類評估研究,證明了所提方法的有效性。

總之,本論文為解決自主導航中的價值對齊問題提供了重要貢獻,使機器人的導航行為能夠更好地與人類的意圖和偏好保持一致。

統計

在AirSim模擬環境中,使用VOILA學習的策略與人類演示的軌跡的Hausdorff距離平均小於10.0,表明能夠成功模仿人類演示。
在多種戶外環境中,使用STERLING的機器人在5次試驗中全部成功完成任務,並且導航軌跡與操作員偏好一致。
在大規模戶外部署中,使用PATERN+的機器人僅需5分鐘的額外數據即可成功完成3英里的徒步路線,表現出良好的適應性。
在人類評估研究中,使用混合方法的機器人導航得到了較高的社交協調性評分。

引用

無

抽出されたキーインサイト

Aligning Robot Navigation Behaviors with Human Intentions and Preferences

by Haresh Karna... 場所 arxiv.org 10-01-2024

https://arxiv.org/pdf/2409.18982.pdf

深掘り質問

如何利用新興的基礎模型技術進一步提升自主導航機器人的價值對齊能力?

新興的基礎模型技術，如大型預訓練模型，能夠顯著提升自主導航機器人的價值對齊能力。這些模型通過在大規模數據集上進行訓練，學習到豐富的特徵表示，能夠更好地理解和預測人類的意圖和偏好。具體而言，基礎模型可以用於以下幾個方面：

多模態學習：基礎模型能夠整合來自不同感知通道（如視覺、聽覺和觸覺）的信息，這使得機器人能夠在複雜環境中更準確地理解人類的行為和意圖。例如，通過分析人類的行為模式，機器人可以學習到在特定情境下的最佳導航策略。

強化學習與人類反饋的結合：基礎模型可以與強化學習算法結合，通過人類的偏好排名或評價來調整機器人的行為。這種方法不僅能夠提高機器人的學習效率，還能確保其行為與人類的期望保持一致。

自適應能力：基礎模型的強大表示能力使得機器人能夠在面對未見過的環境或情境時，快速適應並調整其導航策略。這種自適應能力對於在動態和不確定的環境中保持價值對齊至關重要。

增強的模擬與實驗：基礎模型可以用於生成高質量的模擬數據，這些數據可以用來訓練機器人，使其在真實世界中表現得更好。通過模擬不同的人類行為和環境條件，機器人可以學習到更全面的導航策略。

總之，利用新興的基礎模型技術，自主導航機器人可以在理解人類意圖和偏好方面取得更大的進展，從而提升其價值對齊能力。

除了偏好和演示,還有哪些其他形式的人類反饋可以用於實現機器人行為與人類意圖的對齊?

除了偏好和演示，還有多種形式的人類反饋可以用於實現機器人行為與人類意圖的對齊：

評估性反饋：這種反饋形式允許人類對機器人的行為進行評估，並提供正面或負面的反饋。這種方法可以幫助機器人理解哪些行為是可接受的，哪些是不可接受的，從而調整其行為以符合人類的期望。

干預反饋：在某些情況下，人類操作員可以直接干預機器人的行為，通過手動控制或指令來引導機器人朝向正確的行為。這種即時的干預可以幫助機器人快速學習並適應人類的意圖。

撤回反饋：這種反饋形式涉及人類操作員在機器人行為不符合預期時，主動停止或撤回機器人的行動。這可以幫助機器人識別不當行為並進行調整。

社會互動反饋：在多智能體環境中，機器人可以通過觀察其他人類或機器人的行為來獲取反饋。這種社會學習的方式可以幫助機器人理解更廣泛的社會規範和期望。

情境反饋：根據特定情境的變化，人類可以提供針對性的反饋，幫助機器人理解在不同環境或情境下應該採取的行為。例如，在擁擠的環境中，機器人可能需要更謹慎地導航。

這些不同形式的人類反饋可以幫助機器人更全面地理解人類的意圖和偏好，從而實現更好的行為對齊。

在複雜的多智能體環境中,如何確保機器人的導航行為不僅與單個人類操作員的意圖對齊,而且與所有人類參與者的意圖和偏好保持一致?

在複雜的多智能體環境中，確保機器人的導航行為與所有人類參與者的意圖和偏好保持一致是一項挑戰。以下是幾種可能的策略：

集體偏好學習：通過收集多個人類操作員的偏好數據，機器人可以學習到一個集體的偏好模型。這可以通過問卷調查、偏好排名或其他形式的反饋來實現。機器人可以根據這些集體偏好來調整其導航行為，以滿足大多數人的期望。

社會規範建模：機器人可以通過觀察人類之間的互動來學習社會規範和行為準則。這種社會學習的方式可以幫助機器人理解在特定情境下應該如何行動，以便與所有參與者的意圖保持一致。

動態調整策略：在多智能體環境中，機器人應具備動態調整其行為的能力。這意味著機器人可以根據當前環境中的人類行為和反應，實時調整其導航策略。例如，當機器人發現某些人類行為不符合預期時，可以選擇改變路徑或減速以避免衝突。

多模態感知：機器人應該能夠整合來自不同感知通道的信息，以更全面地理解周圍環境中的人類行為。這包括視覺、聽覺和觸覺信息的融合，幫助機器人更好地預測人類的意圖。

協作導航：在多智能體環境中，機器人可以與其他機器人或人類協作，以達成共同的導航目標。這種協作可以通過共享信息和協調行動來實現，從而確保所有參與者的意圖和偏好得到考慮。

通過這些策略，機器人可以在複雜的多智能體環境中更有效地對齊其導航行為與所有人類參與者的意圖和偏好。