机器人在黑暗厨房里摸索的那一刻,它能做的事
想象一个场景。一个机器人被要求在陌生厨房里找到三个橙子,然后放到托盘上。听起来很简单,对吧,就是找东西、拿东西。但这个厨房一片漆黑,机器人手里只有一个提灯。它只能看到灯光照到的地方。更麻烦的是,拿灯和拿橙子要用同一只机械手。它得想办法先把灯放在合适的位置照亮某个角落,然后腾出手去抓东西,再凭记忆回到...
想象一个场景。一个机器人被要求在陌生厨房里找到三个橙子,然后放到托盘上。听起来很简单,对吧,就是找东西、拿东西。
但这个厨房一片漆黑,机器人手里只有一个提灯。它只能看到灯光照到的地方。更麻烦的是,拿灯和拿橙子要用同一只机械手。它得想办法先把灯放在合适的位置照亮某个角落,然后腾出手去抓东西,再凭记忆回到黑暗中继续找下一个目标。
这不是科幻电影里的桥段,这是新加坡南洋理工大学团队做的一个真实基准测试,叫RoboQuest。他们想搞清楚一件事:现在那些号称无所不能的AI大模型,当它们被要求亲自动手去探索、去发现、去判断什么时候该停下来,它们到底行不行。
答案可能会让你意外。表现最好的模型,成功率只有23%。
核心问题出在哪
先说清楚一件事:现在的机器人操作基准测试,比如RLBench、CALVIN、LIBERO这些业内熟知的测试集,考察的大多是机器人能不能把一个已经看得明明白白的任务做好。苹果就在那儿,摄像头能看见,机器人只需要伸手去拿。
RoboQuest论文团队发现了一个问题:这些测试从来没有问过一个更基础的问题,如果机器人根本不知道苹果在哪,它该怎么办?
现实世界恰恰经常是这样。你让机器人去厨房拿个杯子,但杯子被另一个柜门挡住了,你压根没告诉它柜门后面有什么。它得自己去开柜子看看。它得决定先开哪个、看到空的之后下一步去哪、记住哪些地方已经查过了。这整套本事,叫做
主动感知:机器人不是被动接收摄像头传来的画面,而是主动通过移动、转动物体、尝试某个动作来获取信息,这个概念最早由学者Bajcsy在1988年提出。
这事说起来简单,但研究团队很较真地指出,光是把关键信息藏起来,让机器人自己去找,这还不够难。因为如果每个谜题都只有一种解法,比如"打开那个唯一的抽屉就行",那这其实还是在考验执行能力,不是探索能力。真正的挑战在于,面对一个开放式的环境,机器人要自己判断往哪儿看、看到了什么该怎么反应、以及什么时候可以说"我已经弄清楚了,可以提交答案了"。
三种藏起来的秘密
RoboQuest设计了十个任务,分成三类,每一类对应一种"信息藏哪儿"的方式。
第一类叫搜索类,信息藏的是位置。比如前面提到的黑暗厨房找橙子的任务,叫Blackout Search。还有一个叫Locked Storage,储物柜被锁住了,得先找到对应颜色的钥匙令牌才能打开,而令牌本身可能又藏在另一个柜子里,形成一条环环相扣的链条。关柜门的时候如果令牌还在里面没拿出来,那这条链就彻底断了,永远打不开后面的柜子。
第二类叫检查类,信息藏在物体本身没被看到的那一面。比如Painted Cubes任务,一堆方块,每个面可能涂了颜色也可能没涂,机器人得把每个面都转过来看一遍才能确定这个方块符不符合规则。还有Marked Mugs,杯子底部贴着标签,决定了这个杯子该放到哪个垫子上,但要看到标签就得把杯子掀起来或者倾斜,这样一来杯子里装的小球就会撒出来。
第三类叫测试类,这是最抽象的一种,信息根本看不见,只能通过做实验、观察结果来推断。Odd Parcel任务里有一堆看起来一模一样的包裹,其中一两个重量不一样,机器人得用天平去称、去比较,才能找出那个"奇怪的"包裹。Puzzle Box更绝,一个木盒子被一串互相卡住的滑栓锁住,哪个栓能先滑动取决于其他栓有没有挡住它,这个阻挡关系完全不可见,只能靠动手试。
这里要停一下,说说为什么这个设计很聪明。
想象你去修一台老式收音机,里面线路板上有十几个开关,你不知道哪个控制音量,哪个控制频道。如果说明书直接告诉你"开关3是音量",那你只是在执行说明书,这考验不了你什么。但如果说明书什么都不说,你得一个个拨动开关,观察声音有没有变化,记住哪些已经试过、哪些还没试,这才是真正的排查能力。如果你拨了三次同一个开关都没反应,还继续拨第四次,那说明你压根没有从前面的尝试里学到东西。RoboQuest里的Puzzle Box任务做的就是这个测试,而且后面会讲到,有的模型真的就卡在这个"反复拨同一个开关"的坑里。
机器人每一步要做什么
RoboQuest里的机器人不是靠什么专门的"找物体"或"抓取"工具,它只有四种最基础的动作可以选,控制机械臂移动、控制底座行驶、原地等待、或者放弃整个任务。
每一步它都能看到三个摄像头画面:两个固定场景摄像头,一个装在手腕上的摄像头,再加上自己手臂目前的姿态和还剩多少次决策机会。它得自己想清楚下一步该干什么,然后发出指令,指令可以持续最多10秒钟的模拟时间。
任务什么时候算完成?
机器人必须亲自走到场景里的一个红色SUBMIT按钮前,物理按下去。这一按下去,当时的场景状态就被冻结打分,不管对错。这个设计很关键,它逼着机器人自己判断证据够不够,而不是有个外部裁判在旁边喊"好了可以了"。有些动作是不可逆的,比如把一个方块扔进了错误的箱子,它就永远待在那了,再也没法反悔。
五个顶尖大模型,谁先交卷谁先输
研究团队请来了五个当下最强的多模态大模型,分别是GPT-6 Astra、Claude Opus 5.5、GPT-6.1 Sol、Claude Fable 5.1和Gemini 3.8 Flash,让它们零样本(不经过任何针对性训练)直接上阵操作机器人,每个模型跑了500个任务场景。
结果,GPT-6 Astra排在第一,总体成功率23.2%。Claude Opus 5.5、GPT-6.1 Sol和Claude Fable 5.1三个挤在11%到14%之间,差距不大。Gemini 3.8 Flash垫底,只有2%。
有一个细节特别有意思。十个任务里有一个叫Puzzle Box(就是前面说的那个滑栓谜题盒子),这个任务对所有模型来说都异常简单,GPT-6 Astra在这上面拿到了96%的成功率,比它在其他任务上的表现高出四五十个百分点。如果把这一个"异常简单"的任务拿掉再算一次总分,GPT-6 Astra的成功率立刻从23.2%掉到15.1%。这说明什么?说明这个基准测试里大部分任务真的很难,只有一个碰巧简单的任务在拉高平均分。
而最惨的两个任务是Search Room和Blackout Search,前者是在一屋子抽屉柜子里找目标,后者是前面说的黑暗摸索找橙子。五个模型在Blackout Search上全军覆没,整整500次尝试,没有一次成功。Search Room也差不多,只有Gemini 3.8 Flash侥幸成功了一次。
这个结果有点像什么呢,就像让一个很会做数学题的学生去参加一场寻宝游戏,结果发现他连"先往左边柜子找找看"这种最基本的策略都想不明白。做题能力和找东西的能力,根本不是一回事。
花钱也是个问题
跑完这500次测试,总共花了21352美元。最便宜的是GPT-6.1 Sol,每个场景不到2美元;最贵的Claude Fable 5.1每个场景要19美元多。但如果按"每成功一次花多少钱"来算,GPT-6.1 Sol依然最划算,16.3美元就能换来一次成功,而那些几乎不成功的模型,换算下来每次成功要花掉168美元。
更能说明问题的是模型们是怎么结束任务的。GPT-6 Astra和GPT-6.1 Sol几乎每次都会按下提交按钮,但大多数时候提交的是个半成品,正确率只有27%和16%。Opus 5.5反而经常自己主动放弃,中途喊停的比例接近一半。研究团队观察到一个规律,不管是哪种"认输"方式,提交一个错误答案,还是直接放弃,背后反映的都是同一件事:模型在还剩不少决策次数的情况下就觉得自己没戏了,选择了认命。
是能力不够,还是压根没探索
这是整篇论文最关键的转折点。
研究团队做了一个特别聪明的对照实验。他们把GPT-6 Astra、Opus 5.5、GPT-6.1 Sol这三个表现最好的模型单独拎出来,把任务里原本需要探索才能发现的信息直接告诉它们,比如直接说"目标在左边第二个抽屉里",然后看它们执行最后那个动作的能力到底行不行。
执行能力(孤立技能测试):把探索环节去掉,直接告诉模型目标位置或操作方式,只测试它完成具体动作的能力,比如开抽屉、抓取、放置、翻转方块。
结果相当漂亮,三个模型在这些孤立的执行动作上,成功率分别是80%、81%、72%,相差不大。注意Opus 5.5在这个测试里甚至略微超过了GPT-6 Astra,但在完整任务里GPT-6 Astra的成功率是Opus 5.5的1.7倍。
这说明了什么?说明执行能力根本不是差距所在。真正拉开差距的,是探索和决策的过程。
打个比方。两个学生都会做微积分的基本运算,但一个人知道怎么从一道复杂的应用题里提取出正确的公式,另一个人光会套公式,却不知道该用在哪。如果只考基本运算,两个人分数差不多。但真让他们去做一道完整的应用题,差距立刻就出来了。这些大模型就是这样,它们的"手上功夫"都差不多,但面对一个开放式探索任务时,谁能更系统地收集证据、谁更谨慎地等待足够的信息再下判断,这才是真正拉开差距的地方。
研究团队进一步给失败案例做了精细的归类分析,把每一次失败归结到四种根本原因之一:
证据缺失,指该看的地方压根没去看。比如一个柜子从头到尾都没打开过,机器人提交了答案,但那个目标其实就藏在那个没打开的柜子里。
决策错误,指证据其实已经出现在画面里了,但模型要么没理解它、要么理解了但没按它行动。比如已经看到了某个方块有一面涂了色,但最后还是把它分到了错误的箱子里。
副作用,指动作本身是对的,但顺手把场景搞乱了,而且没有收拾。比如为了看杯子底部的标签,把杯子一倾斜,里面的小球撒了一地,之后也没把球捡回去。
执行失败,指决策本身没问题,但手没抓稳,比如没抓住把手、物品掉地上了。
统计结果是这样的:在三个模型的失败案例里,证据缺失永远是占比最大的一类,分别达到43%、43%、46%。决策错误紧随其后,23%到31%。这两类加起来,占了全部失败原因的66%到74%。真正属于执行失败的,只占18%到21%。
这个数据分布意味着,如果你想让这些AI机器人变得更聪明,光去优化它们"抓得准不准"是没用的。真正要解决的是它们"看得够不够全"和"想得够不够周到"。
更细一层看,证据缺失里又有一半左右的情况,是目标物体根本就还被关在没打开的抽屉、柜子、盒子或者遮挡物里。有意思的是,这些藏东西的地方几乎都被摄像头拍到过五次以上,机器人不是没看见那个柜子,是看见了却没想起来去打开它。只有1%到2%的失败是因为那个藏身处从头到尾压根没被摄像头捕捉到。这更像是一种"选择性遗忘",而不是单纯的视觉盲区。
还有一种模式更让人意外。大约十分之一的失败,是模型在还没收集到足够证据的情况下就"抢跑"了,提前把物体放到了某个位置,结果猜错了。在Odd Parcel任务里,71%到84%的错误选择,是机器人在还没称重之前就把某个包裹放进了答案箱子。它没等天平给出结果,就凭感觉下了判断。
这就好比一个医生还没等化验结果出来,就已经开好了药方。这种"抢跑"背后透露的,是模型对"证据充分性"这件事缺乏耐心和判断力,它可能更擅长"做一个决定",而不擅长"判断我现在是不是该做决定"。
遮挡实验:把东西藏起来,模型就真的找不到了
为了验证"探索能力不足"这个结论,研究团队还做了一个控制变量实验,专门调节任务里物体被遮挡的程度。
有三个档位:Visible(物体一开始就在摄像头视野里)、Look(物体一开始看不见,得挪动位置才能看到)、Uncover(物体被某种遮盖物盖住,比如一个盖子,得主动掀开)。
结果,当物体从一开始可见变成需要主动寻找或掀开时,整体成功率下降了8到10个百分点。而且更关键的是,这些新增加的失败,几乎全部都归入"证据缺失"这一类,决策错误、执行失败、副作用这三类的比例基本没变。
这个发现特别干净地证明了一件事:把东西藏起来,不会让模型变得更笨拙,它抓东西、放东西的手艺不会因此变差,但会让它更容易"压根没找到"。这也从侧面说明,探索能力和操作能力,在当前的AI模型里,确实是两种相对独立的本事。
搞乱了场景,却没人收拾
副作用这一类失败占比虽然不算最大(7%到13%),但特别值得说一说,因为它揭示了一种目前这些模型完全没有的习惯,预防和补救。
在Marked Mugs任务里,场景里专门放了一个空碗,就是方便机器人把杯子里的小球倒进去暂存,看完标签之后再放回去。但三个模型加起来,50次任务里只用了2到8次这个碗。大部分时候,球就这么撒在桌上甚至掉到地上,之后机器人想把球捡回来,38次尝试里只成功了4次。
这让我想起一件生活中的小事。你收拾书架,想看看某本书后面藏没藏东西,你会先把前面的书挪开放好,而不是直接把前面的书一把推倒。推倒省事,但推倒之后你要么得花更多时间收拾,要么干脆就放着不管了。这些AI机器人目前的做法,更像是后者,图省事直接推倒,然后压根没想起来要收拾。
交互式试错:学得会吗
Puzzle Box这个任务原本设计了一个"无遮盖"版本,所有滑栓和它们之间的阻挡关系是直接看得见的,机器人只需要推理一下逻辑就行。但研究团队又做了一个"有遮盖"版本,把这些栓的阻挡关系藏起来,机器人必须靠反复尝试、观察哪个能动,来摸索出正确的解锁顺序。
在相同难度(栓的数量相同)下,加了遮盖之后,GPT-6 Astra几乎没受什么影响,成功率从94.4%只降到了96.4%,甚至还涨了,可能是因为多花了点步数在摸索上(用了120步而不是85步)。但Opus 5.5的表现直接腰斩,从94.4%跌到36.8%。研究人员进一步分析发现,Opus 5.5将近一半的失败案例里,它会对同一个被卡住的栓反复拉扯三次以上,却没有调整策略去试试别的栓。
这正是前面提到的那个"老式收音机"比喻的现实印证。GPT-6 Astra表现出的是一种"试了不行就换一个"的灵活性,属于真正意义上的学习。而Opus 5.5在这个场景里表现出的,更像是"同一个动作重复做,期待不同的结果",这在心理学里有个不太客气的说法。
一个类似的例子出现在Unfamiliar Containers任务里。这些盒子的开启方式各不相同,有的要拉、有的要转、有的要推。如果提前告诉Opus 5.5具体该怎么开,它在孤立测试里能做到90%的成功率。但如果让它自己在完整任务里摸索开启机制,它只能打开45%的尝试对象,反而比GPT-6 Astra的70%和GPT-6.1 Sol的78%都要低。说明论说明操作能力没问题,问题出在"从尝试中学习规律"这件事上。
专门训练出来的机器人表现如何
除了测试这些通用大模型,研究团队还单独训练了一个专门的机器人控制模型,叫π0.5。
π0.5:Physical Intelligence团队提出的一种视觉-语言-动作模型(VLA),直接接收摄像头画面和指令,输出机器人的具体动作指令,不依赖大语言模型式的推理过程。
研究团队用自己收集的5000段成功演示(366小时的交互数据)对π0.5做了微调训练,但结果令人失望。在Puzzle Box上,它只有2.0%的成功率,平均完成度43.3%,说明它偶尔能解开前面几个栓,但没法走完整条链路。而在其余九个任务上,成功率是0%,完全没有一次成功。
这暴露了一个根本性的问题:评估用的场景、厨房风格、物体配置,统统是训练数据里没见过的新组合。π0.5这类模型没有显式的"记忆"机制,一旦遇到陌生场景,哪怕只是一点小小的执行误差,也会不断累积,最后机器人要么在原地打转,要么干脆耗光了所有决策次数,什么都没做成。
这倒是挺能说明问题的,靠海量演示去"记住"一堆状态到动作的映射,在面对真正需要临场判断的开放式探索任务时,是远远不够的。死记硬背能对付见过的题,但对付没见过的题,还是得靠真正的理解和推理能力。
这件事和更大的图景有什么关系
RoboQuest这篇论文站在一个挺重要的时间节点上。过去几年,大家一直在讨论多模态大模型能不能直接当机器人的"大脑",用来做零样本的物理操控,也就是不经过任何针对性训练,直接靠通用智能去指挥机械臂干活。这件事一旦做得通,意味着机器人不再需要为每一个新任务重新训练一遍,这对整个机器人行业来说是个巨大的效率飞跃。
但这篇论文泼了一盆冷水,或者更准确地说,指出了冷水到底冷在哪里。它告诉我们,这些大模型已经具备相当扎实的"动手能力",开抽屉、拿东西、翻方块,这些基本功它们都能做到七八成以上的成功率。真正的瓶颈,是它们还不太会"主动去搞清楚状况"。它们倾向于看到一点信息就急着下结论,倾向于在还没把场景摸透之前就喊停,倾向于弄乱了场景之后不去收拾。
这些问题听起来有点像是在说一个还没学会"耐心"和"条理性"的学生,而不是一个缺乏智力的学生。
写在后面
读完这篇论文,有个细节让我反复琢磨。GPT-6 Astra在开抽屉这个单项技能的孤立测试里,成功率只有50%,但在完整任务里,当它需要自己去找到目标所在的那个抽屉时,开抽屉的成功率反而涨到了90%,而且用的决策步数更少。
这个反常现象挺有意思的。研究团队给出的猜测是,机器人在完整任务的前几步已经慢慢适应了控制方式,等真正走到要开抽屉那一步时,已经"热身"完毕了。而孤立测试是从零开始,场景一下子砸过来,机器人还没找到感觉。
这让我想到,也许我们在评估一个系统的能力时,脱离上下文单独测试某个技能,反而会低估它在真实连续任务流中的表现。技能不是孤立存在的,它是嵌在一整套持续的状态感知和适应过程里的。这对以后设计评测方法,可能是个值得琢磨的提醒。
另一个让我停下来想了很久的地方是,论文里反复出现一个现象:模型看到了证据,却没有正确使用它。这和"没看到"是两回事,前者是感知成功了,后者是推理和决策层面出了问题。这个区分挺关键的,因为如果我们只是一味地给模型堆更多摄像头、更高分辨率的画面,可能根本解决不了问题。真正缺的,是那种"看到了就要认真想一想该怎么用"的习惯。
人类小孩学会找东西,大概也是经历过类似的阶段,看见了但没意识到那是重要线索,或者急着下结论却忘了再确认一遍。只是人类小孩会慢慢学会放慢脚步,而这些AI机器人,目前还没学会。
Q&A
Q1:RoboQuest是什么?
A:RoboQuest是新加坡南洋理工大学团队提出的一个机器人基准测试,专门考察机器人在信息不完整的情况下,能不能通过主动搜索、检查、测试等物理交互方式找到任务所需信息,并自主判断何时完成任务,包含十个厨房环境下的移动操作任务。
Q2:为什么表现最好的AI模型成功率只有23%?
A:论文的失败分析发现,这些模型执行具体动作的能力其实很强,孤立测试成功率能到80%左右,但真正的问题在于它们探索不够彻底、经常在信息不足时就提前下判断,这两类原因占了失败案例的66%到74%,执行失败只占18%到21%。
Q3:专门训练的π0.5机器人模型表现怎么样?
A:表现很差,π0.5在Puzzle Box任务上只有2%成功率,其余九个任务全部是0%成功率。原因是训练和测试场景差异很大,π0.5缺乏显式记忆机制,遇到陌生厨房配置时容易卡在重复循环里,没法像大模型那样靠推理应对新情况。