具身数据管线怎么做:行元智能杨世琦拆解数据加工链

资讯 网易科技 作者:网易 全文 5656 字 · 约 15 分钟读完 配图 10 张

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具身数据管线怎么做:行元智能杨世琦拆解数据加工链(配图 1)
数据越采越多,有效性却没同步提升。

雷峰网提到一个例子:有具身数据厂商向模型厂商交付了几万小时数据,对方反过来问,能不能顺手把模型也训出来,好让他们“交个差”。说到底,模型厂商自己心里也没底,不清楚这批数据喂进去能训出什么。这种焦虑和无力感,在当下的模型厂商里并不少见。他们不断花钱采集、购买数据,规模一路扩大,有效性却没跟上,钱花了,效果像打了水漂。年初,不少具身公司放话今年要采百万级别的数据。大半年过去,确实有公司宣称积累了百万数据,可模型能力上没看到对应的提升,风头反倒被 GPT 的 Astra 抢走。问题不只在数量,还在数据管线。数据大量采回来,从采集到进训练之间那段加工链路问题不少:筛选没有细粒度标准,数据难以跨本体迁移,质量至今没有公认的评测机制。具身的数据多了,可用数据却不一定多。这条管线该怎么做?我们和机器人基础模型公司行元智能创始人兼CEO杨世琦聊了聊,试着拆开这条链路上的关键难题,看看规模不断增长的数据怎么才能真正变成模型能力。今天就把这条管线拆开聊透。具身数据管线怎么做:行元智能杨世琦拆解数据加工链(配图 2)

01

数据量在涨,可“可用数据”没跟着涨。一条原始数据要变成机器人能学习的数据,一般得走五个环节:

  • 第一步是数据筛选,把画面模糊、动作中断、轨迹异常等低质量样本剔掉;
  • 第二步是数据标注,为操作过程补上任务、物体状态、动作阶段和语言指令等信息,让模型看懂数据里发生了什么;
  • 第三步是动作转换,把人类示范或某一种机器人产生的动作,映射到目标机器人可执行的动作空间;
  • 第四步是数据验证,靠规则检查、仿真测试或真机实验,判断数据合不合理、能不能执行;
  • 最后一步是反馈迭代,结合模型训练和实际部署的表现,反过来调整筛选、标注和转换策略。
这条链路绝大多数环节已经能自动化,但落到实际操作上难题不少。首先是数据缺少统一、细粒度的筛选与评价标准。大语言模型的经验摆在那里:如果训练里混进一批dirty 数据,带来的降智大概率是永久性的,会在整个模型生命周期里持续产生影响。可业内到现在仍然没有一个可规模化的数据筛选机制。一段视频画面清晰、动作完整,不代表它对模型训练有用;一条转换后的轨迹符合运动学约束,也不意味着机器人能在真实环境中顺利完成任务。数据供应商和模型公司对“高质量”的理解并不一致,一份数据到底有多少实际训练价值,怎么衡量仍是难题。其次,从人类动作到机器人动作的转换门槛明显,也就是动作重定向难机器人之间,关节构造、作业空间、末端执行器都不一样,同一件事落到不同机器上,操作办法可能就得换一套。人的第一视角视频又通常不带关节状态、力觉这些信息,系统只能靠有限的视觉观测把空间关系还原出来,再据此生成适合目标机器人的动作。具身数据管线怎么做:行元智能杨世琦拆解数据加工链(配图 3)结构相近的机械臂,可以用逆运动学等方法求解;末端执行器差异一大,事情就复杂得多。人类用五指手抓物体,能调整多个手指的位置和施力方式;夹爪做同样的任务,接近角度和抓取策略完全不同。两者很难共用同一套动作轨迹。除了数据管线本身的技术难题,行业里还有不少乱象。一是数据处理分工混乱,采集、处理和模型训练常常分属不同团队,各方的交付标准和评价指标未必一致。二是许多公司依赖开源管线。不少团队拿开源工具拼接处理流程,却缺少针对具体模型、任务和机器人本体的系统设计。行业讨论容易盯着采集了多少小时、积累了多少条轨迹,对数据经过哪些处理、多少样本最终可用、能否改善下游任务表现,披露相对有限。结果是,采集了多少小时、攒下多少条轨迹,这是行业讨论里最常被盯住的两项;这些数据最后经过哪些处理、有多少样本真正能派上用场、又能不能让下游任务的表现变好,公开披露的内容却不多。数据规模、可用数据规模,和真正能转化成训练收益的数据规模,往往就被混作一谈。把整条数据管线搭完整,再拿训练和部署的结果去检验每个环节到底值多少,这件事的分量,眼下已经超过单纯把采集量做大。具身数据管线怎么做:行元智能杨世琦拆解数据加工链(配图 4)

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采集的门槛降得越低,对管线的要求反而越高。具身数据的来源在变多,可
不同类型的数据,在管线上碰到的麻烦各不相同。行业目前主要试的有四类:真机遥操作、仿真、UMI,以及人类第一视角视频。真机数据在质量和部署一致性上表现最好——真实机器人产出的数据,与目标机器人在控制、传感器和执行环境上都比较接近,验证起来容易。代价是贵:机器人、操作人员、场地、任务,样样都要投入。再往下还有跨本体难跨本体这一关:在 A 机器人上采的数据,要挪到 B 机器人上用,每家处理方式不一样,做出来的跨本体能力也就参差不齐。仿真数据的好处是扩量非常容易,短板则是老生常谈的 Sim2Real gap。以 robot 为主的大量仿真器,下层物理引擎已经很多年没有足够大的变动,摩擦力、物体形变、接触位置这些信息没法准确反映出来。装配、抓取、拧转这类富接触任务需要精确控制接触,这个缺陷在它们身上尤其扎眼。具身数据管线怎么做:行元智能杨世琦拆解数据加工链(配图 5)UMI 这类低成本操作采集方案,用更轻量的采集装置记录人的操作,不必依赖完整的机器人遥操作体系,单条数据因此更便宜、也更好采。具身数据管线怎么做:行元智能杨世琦拆解数据加工链(配图 6)但它还是得由人主动去完成任务、还得用特定设备,不同 UMI 采集装置与机器人之间,动作映射和适配的问题照样存在。说到底,它仍是由项目制驱动的增量数据,多样性以及 scaling 的上限,受采集组织方式的约束。第一视角人类视频则打开了规模更大的数据来源:人日常生活中本来就有大量操作行为,头戴相机、智能眼镜这类设备有机会持续记录,专门组织采集的成本也就降了下来。但这条路线把更多压力挪到了数据管线上。头一桩,视频一般缺少机器人系统能直接拿来用的关节状态和动作信息,系统得从视频里把手部、物体和动作提取出来,再还原空间关系。具身数据管线怎么做:行元智能杨世琦拆解数据加工链(配图 7)其次,采集设备的差异也更大,画质、视角、帧率、传感器配置各不一样,这些差异都得由管线来消化。。来源越广,原始数据质量越难拉齐。日常视频里既有有价值的操作,也混着大量跟训练目标无关的内容,筛选办法得更高效率。再一个,人跟机器人本体不一样:视频里的人靠灵巧双手干活,机器人可能装的是结构不同的手或夹爪,系统得把人类动作转成目标机器人做得了的动作。四条路线各有长短——真机数据更贴近真实执行,仿真更容易扩量,UMI 把一部分采集门槛降了下来,人类第一视角视频则有机会拿到更丰富、更自然的数据来源。基本矛盾就在这儿:采集设备的限制一放松,数据规模是好扩了,可清洗、空间重建、跨本体转换的活儿也跟着变多。说到底,数据源越丰富,越需要一套能统一处理不同设备、不同动作表征和不同机器人本体的数据基础设施。更要紧的是,数据来源变多,不等于模型能学的东西就跟着变多经验。真要持续把可用数据的规模做大,把 Scaling 放在优先位置,人类第一视角视频和 UMI 无疑是最有潜力的两条路线;可要真正拿它来训练机器人,关键还在于搭出一条足够可靠的数据处理管线。行元智能选的就是这个方向。具身数据管线怎么做:行元智能杨世琦拆解数据加工链(配图 8)

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把人类操作视频转成机器人训练数据

行元智能近日发布了一款面向机器人预训练的跨本体数据引擎Chorus(众行),它能把不同设备采集来的人类操作数据,转成适配不同机器人本体的训练数据。Chorus 有个重要的设计思路:不单盯着数据规模,而是从机器人学习和部署的需求倒推数据该怎么组织。前面提到的几个核心问题,它都逐条做了回应。五件事第一,数据来源不设限,能用的尽量用起来。智能眼镜、胸戴相机、腕部相机、UMI 等设备采的数据都能进 Chorus。各设备拍出来的视角、画质、深度信息不一样,行元用基于 learning-based 的方法来消化这些差异,同时,靠足够多的配对数据做训练,信息少的设备也能尽量还原出更可靠的空间信息,比如让单目相机一点点接近双目效果。数据进了管线,系统还会记下来源、评估质量、划分等级,再按训练阶段调不同数据的使用比例。这么做是为了把已有数据尽量用足,形成一份合理的数据配方,别让良莠不齐的数据直接搅在一起。第二,跨本体从一开始就是设计前提。一份人类数据,Chorus 能转成多种机器人可用的训练数据;以后加新机器人,也不用把全部原始数据从头再跑一遍。行元的做法是,先在机器人的 system 侧把不同的 controller 和部署能力搭起来,再,再反推管线该输出什么。顺序上就保证了跨本体不是后补的补丁。要把跨本体表征做好,既得弄清哪些信息跟硬件无关,又得保证动作迁移需要的信号足够,这就要求设计者摸过足够多的机器人本体,对硬件、传感器排布和控制器输入有深入理解。行元创始人兼 CEO杨世琦毕业于加州大学圣地亚哥分校,师从王小龙教授,是较早做跨本体操作与人类数据学习方向的研究者之一,具身行业早期就搭过多机型的控制系统和数据方案,经验攒得很厚。第三,第一视角数据可以拿来做完整重建。整条转化链路分五步走,一层接一层:基础清洗做完,第一步是帧级原子动作标注,按任务、动作、交互物体一级级拆开视频,把左右手在各时段的动作和接触对象都记下来。第二步做二维分割、深度估计与手部定位,把手、工具、交互物体这些关键目标识别出来。第三步把二维信息还原成完整三维场景,把相机轨迹、手部位姿和物体六维姿态重建出来,让空间逻辑站得住。第四步,加上运动学与动力学约束动作重定向,在仿真环境里校验目标机器人能不能复现这个动作,输出适配机器人的三维轨迹。第五步再把三维场景渲染回二维画面,让训练输入和真机部署时的感知形式对上,训练和落地之间的落差就此抹平。跟仿真数据比,这套方案来自真实观测,没有物理引擎带来的偏差,物体交互变化符合现实规律,成本和质量两头都顾上了。行元技术联创杨靖康一直做第一视角视频理解与多模态学习,主导过 EgoLife 等代表性工作,这也是 Chorus 处理人类第一视角数据的重要技术底子。具身数据管线怎么做:行元智能杨世琦拆解数据加工链(配图 9)第四,建立评分体系可以量化。Chorus 从操作丰富度、标注质量、三维可恢复性、机器人可迁移性和视角稳定性五个维度给数据打分,评分既用来筛选和评估训练数据,也能给具身模型训练提供指导信号。第五,闭环要写进设计里。Chorus 不光处理各种来源的人类数据,也给真机部署后的数据回流留了口子。部署端的失败识别靠一个 learning-based 的 state policy 监测机器人状态,早期由工程师主动干预产生训练信号,部署时间越长、接管越多,监测就越准;部署方法论上先重做 SOP、再算 ROI,接受人机并行,自动化程度一点点往上提。这五件事,对应行业管线的五个痛点:来源复杂难统一、跨本体难、第一视角转化难、质量难量化、闭环缺失。Chorus 把这五个问题装进一套数据引擎里解决掉了。具身数据管线怎么做:行元智能杨世琦拆解数据加工链(配图 10)

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模型厂商得自己定义数据管线评价一套具身数据管线好不好,关键看三个问题:原始数据能转化成多少有效训练数据、这些数据能不能真把模型能力提上去、整个过程成本能不能撑住规模化。行元给出的数字是:平均可用数据转化率提到85%;在当前测试配置下,适配16 种机器人本体,每小时有效机器人轨迹的处理成本压到 15 元;再加上 3 倍指令增广,有效训练数据能扩约 40 倍,单位训练样本的等效成本约 5 元/小时。

另外,行元此前发布的 Continuo 能装在可穿戴设备上,支持人类动作视频的规模化采集与连续理解;计划年内推出的 Duet,是面向真实部署的人机共驾系统,机器人自己执行,碰到困难主动请求接管,一个人可以按需盯多台,接管产生的纠正经验回流用于后续训练。Continuo(随行)、Chorus(众行)、Duet(同行)合起来,构成行元从真实世界经验走向物理行动的学习基础设施。行元的数据管线、模型训练和部署系统其实是耦合的。

行元认为,模型厂商必须自己定义数据管线:不知道目标机器人要什么输入输出,就不知道管线该输出什么;管线交出去,等于把 scaling 的解释权也交出去。行元三个 Chapter 就是这条理念的展开:Continuo 管数据从哪来,Chorus 管数据怎么变成训练信号,Duet 管部署后的经验怎么回流。回到开头那个问题:行业攒下的具身数据越来越多,为什么数据还没充分变成机器人的能力?行元的解法是走两条路推具身数据 Scaling:一条是把人类日常活动里的数据价值挖出来,尤其是规模庞大的人类第一视角视频,建一个数据处理能力很强的跨本体数据管线,把经验转化的成本降下来;另一条是从机器人部署中攒真实数据,让模型在执行中不断拿到新的学习经验。要让这些数据真正服务不同形态的机器人,底下还得把跨本体问题解决掉。这就构成了行元从人类数据采集、跨本体转换到部署反馈的整体思路。

但数据扩大,只解决了一半问题。数据和模型之间不是简单的供给关系。数据管线决定了哪些真实世界的经验能进入模型的学习目标,训练表现和真实部署的反馈又反过来决定什么样的数据更有价值、需要什么样的处理方式。只有把数据的生产、转化和模型训练串起来,数据规模的增长才有可能带动模型能力良性提升。杨世琦告诉我们,这也是行元把数据管线与模型研发深度结合的原因。对机器人基础模型来说,Scaling 不只是往训练数据里不断加量,更要在数据与模型互相迭代中,把每一份数据的学习价值提上去。

当然,这只是其中一条路线。真机采集、仿真、UMI 和人类视频各有所长,数据的表达方式、转换方法和训练机制也还有探索空间。具身智能需要 Scaling,但 Scaling 不光要有大规模数据撑着,还得找到让更多数据真正起作用的办法。行元的探索,让行业看到数据规模化已经有了一些具体且可行的工程解法。这或许也是具身数据管线接下来该盯的方向:怎样让真实世界里已有的丰富经验,以更低成本、更高效率进入机器人的学习过程。

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