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机器人到底需不需要“世界模型”?

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9 月 20 日至 21 日,以“下一代物理智能前沿”为主题的 PAIR Conference 2026 在上海举行。会议由上海物理智能与机器人研究院举办,大会邀请来自高校、科研机构及产业界的多位专家学者参与,围绕下一代智算系统、下一代智能载体、下一代科学发现和下一代计算范式等方向展开讨论。

在“下一代智能载体”专题论坛上,报告与讨论围绕机器人如何感知环境、完成操作并持续学习展开。最后的圆桌以《从“看懂”到“做好”:物理 AI 时代的具身智能突破》为题,讨论了一个具体问题:机器人是否一定需要世界模型?

圆桌讨论由清华大学机械工程系副教授李曙光主持,三位研究者参与对话,他们分别是清华大学航天航空学院副教授眭亚楠、上海交通大学浦江国际学院助理教授班雨桐,以及清华大学交叉信息研究院助理教授杜韬。


(左起)李曙光,眭亚楠,班雨桐与杜韬进行圆桌讨论

机器人拿起一个杯子,既要找到它,也要控制动作,避免碰倒旁边的物体。世界模型研究中的一种思路,是让机器人提前预测动作的后果,再决定如何行动。这样做有望减少真实环境中的试错,但也需要额外的数据和计算。

当李曙光追问世界模型是不是“必要的环节”时,三位嘉宾给出的回答各有侧重。他们的分歧,来自各自面对的研究对象,也来自对“世界模型”不同的理解。

以下内容根据圆桌讨论整理。

眭亚楠:认识世界,未必需要复杂的外部模型

眭亚楠首先把问题落在机器人自身。它一定需要某种“先验”,也就是行动前对自身和环境已有的认识。但这些认识应该多具体、以什么形式保留,才能帮助机器人完成任务,目前还没有统一答案。他的倾向是:“也许不需要复杂的外部模型。”

以拿杯子为例,机器人需要知道机械臂能到达哪里、杯子处在什么位置,以及怎样抓取才不容易滑落。至于房间里每一件物品的外观是否都被精细重建,对眼前这次操作未必有价值。模型要保留多少细节,需要由任务来决定。

这种判断与他的研究对象有关。眭亚楠的团队研究人的神经、肌肉和骨骼如何共同控制运动,也研究这样的身体如何与机器人、可穿戴设备及外部环境交互。对他们来说,“世界”里不能缺少人,也不能只用一个人体外形来代替人的运动系统。

静态结构与动态运动之间,还有很多需要补上的内容。解剖学可以描述肌肉和骨骼的位置,但当人抬手、迈步,与设备接触时,具身人体模型还得解释身体如何运动、怎样受力。要让辅助设备配合人的动作,这些动态关系直接影响控制效果,值得进一步细化。

他介绍,肌肉和骨骼如今可以建模得相对清楚,团队正在逐步加入神经系统。外周的运动神经和感觉神经,已经能够得到越来越细致的描述;涉及中枢神经系统时,难度依然很大。人的运动模型也因此需要逐层推进。

身体与环境接触的界面,同样是他关注的对象。只有刚性的骨骼结构,很难覆盖真实交互中的全部情况,皮肤和软组织也需要进入模型,刚柔结合的系统,既能敏捷运动,也更好与物理环境配合。

谈到世界模型的表达方式,眭亚楠区分了两条路线:一条对世界作抽象表达,保留重要的状态与关系;另一条尝试对人、机器和环境进行更具象的模拟。近几年,图形学、计算机视觉等领域的发展,让后一条路线有了更多实现的可能。但增加的细节能否帮助机器人完成任务,仍需要具体判断。

当讨论延伸到自进化系统时,他还提醒,“进化”是一个中性的词。主持人问,未来能否演化出更有用的手,他认为有可能,但环境本身也在改变,一种结构在当前条件下好用,换一种条件未必如此。身体结构、控制方式与环境需要一起考虑,“进化”不会只朝某一种固定形态前进。

班雨桐:世界模型有价值,但未必最优

班雨桐对“是否必需”的回答更直接:“不一定。”在他看来,讨论之前先要澄清定义。不同研究者口中的世界模型,可能指向不同的东西,不能把这些工作当作同一种技术来判断。

他更关注的是根据当前动作预测后续结果:机器人向前推一点,物体会怎样移动;换一个抓取姿态,接下来会发生什么。预测可以用视频、三维场景或其他形式表达,重要的是把“采取什么动作”与“会有什么后果”联系起来。

研究者希望模型在这个过程中学到物理规律。但班雨桐提醒,让预测画面接近真实图像,或让三维结果接近观测,并不保证模型就理解了运动和摩擦。数据增加后,能力也许会提升;至于学习这些物理关系是否还有更好的办法,仍值得探索。

这种保留与他的操作研究有关:无论是夹爪还是灵巧手,抓取、移动物体都离不开接触,接触又涉及受力和摩擦。一个物体看起来没有变化,表面的摩擦条件变了,原来的动作就可能不再有效。机器人需要应对的是这些会改变操作结果的差异。

在具体算法上,班雨桐的团队关注动作模型的设计,包括怎样更快地推理、怎样处理较长的任务。其中一项工作要求机器人连续按三次按钮,模型就得分清已经按过几次。团队为动作模型加入处理历史信息的机制,让它更好地完成这类任务。这里需要改进的是对任务进度的记忆,而不只是对下一步画面的预测。

而手术机器人研究又提出了另一类要求。团队尝试让双臂机器人完成抓针、打结等操作,其中有些任务来自医生的手术技能训练。在这类场景中,安全需要成为明确的步骤。班雨桐强调,系统要对重要组织和血管设置显式的安全约束,不能只期待机器人在完成任务的过程中自行避开风险。

预测可以提供行动依据,安全约束则规定哪些动作不应执行。即便一个动作有助于接近目标,只要越过安全边界,就需要受到限制。这样的任务要求,让“模型能预测什么”与“整个系统允许机器人做什么”成为需要分别处理的问题。

对于机器人今后如何自我改进,班雨桐提出一种设想:随着底层操作模型变得更可靠,可以在其上搭建更完整的任务执行框架,由其他模型监督执行结果,帮助机器人纠错。他也谈道,目前这类工作并不多,一个重要原因是底层模型的能力还不够,尚未提供足够好用的工具。

从这些研究和设想看,机器人提高操作能力需要同时处理记忆、安全和反馈等具体问题。世界模型或许可以为系统提供更好的预测依据,但它能具体带来多少收益,则要看这些预测怎样进入实际操作。

杜韬:仿真最难的是“最后一公里”

杜韬的看法则不同,他没有直接判断世界模型是否必要,而是选择从自己熟悉的仿真谈起:在计算机里建立一个环境,与让这个环境足以指导真实机器人,是两种难度的工作。

按物理规律搭建的仿真器,有明确的方程和参数,可以追溯运动结果是怎样算出来的。杜韬提到,图形学领域也讨论过,这类仿真是否可以被理解为一种世界模型。如果把世界模型理解为对环境及其变化的描述,那么传统物理仿真也在承担其中一部分工作。

他的团队较多研究流体和软体仿真。这类模拟涉及复杂的计算系统,既要把运动过程算得准确,也要让计算速度足够快。团队会研究如何在图形处理器上并行计算,以及怎样设计更高效的求解方法,还尝试把深度学习引入求解过程。仿真能否用起来,本来就需要在精度和计算开销之间反复权衡。

真正耗费精力的,还有仿真与真实世界之间的差距。杜韬的经验是,用相对低的代价做出大体正确的仿真并不难,但要补齐“最后一公里”,成本可能远超预期。比如,公式可以描述摩擦如何影响运动,眼前材料的摩擦参数、装置的细小误差,却仍需要测量和校准。这些工作涉及算法,也涉及大量工程和真机测试。

通过“可微分仿真”,计算机还可以估计参数的微小变化如何影响结果,进而优化动作或设计。杜韬坦言,能否计算这些变化,与它们能否在具体任务中带来收益,是两回事。技术上写出这样的框架,与把它在工程中做好,难度也不同。方法是否值得采用,仍要看它能否改善具体任务的结果。

在他看来,系统若要持续改进,落脚点是搭出一套能够自主运转的流程。对团队研究的非传统构型机器人而言,第一步就可能卡在硬件上,比如设计出来的结构,能否被稳定地搭建和测试?同时,后续还需要足够的数据,才能让测试结果进入下一轮改进。

涉及软体、流体的真实交互数据,不像文本和图像那样充足,研究者往往还得自己采集、清理。若这些环节需要持续由人补上,仅仅让模型反复更新,还无法让整个研究流程自行运转。在这种条件下,计算和仿真仍是重要支撑,即便仿真不完善,也不得不用。

不过,杜韬并没有把这种选择当成最终答案。他认为,仅靠按照已知物理规律搭建的仿真,还不足以处理真实世界中复杂、难以精确描述的因素。他期待有模型能补上这部分能力;它可能是世界模型,也可能来自别的方法。新的模型能否真正补足这些缺口,仍需要和真实系统放在一起检验。

眭亚楠对模型复杂程度的保留,与班雨桐对世界模型是否最优的疑问,都为机器人理解环境的方式留出了选择:机器人需要对世界有基本认识,并不意味必须先建起一个复杂的预测模型。杜韬关于仿真“最后一公里”的提醒,又给这种选择加上了现实约束。模型要精细到什么程度,既要看它能否帮助机器人做好任务,也要看缩小它与真实世界的差距,需要多少测量、计算和工程投入。

回到最开始的问题,如果只是完成具体操作,机器人未必需要一个独立的世界模型。世界模型的潜力在于,它可以让已经获得的经验在新任务、新环境里继续发挥作用,减少昂贵的真机试错。至于它能否成为通用机器人的关键环节,最终要看这些预测能否让机器人少依赖一些人工干预,同时更可靠地把事情做好。

运营/排版:何晨龙

注:封面/首图由 AI 辅助生成

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