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Ant Lingbo Open-Sources Tactile Pre-Trained Foundation Model LingBot-Touch

QbitAIUpdated Nov 10 19:22

English text is being prepared.

AI summary

Ant Lingbo has open-sourced the tactile pre-trained foundation model LingBot-Touch, which uniformly encodes signals from three types of sensors—magnetic tactile, visuotactile, and piezoresistive tactile—into tactile Tokens before passing them to the action model. On two dexterous hands, Sharpa Wave and XHand, across 26 tasks, integrating this model improved the success rates of π0.5, LingBot-VLA, and T-Rex by 21.81, 24.81, and 23.18 percentage points, respectively, while increasing the parameter count by only 0.13% to 0.16%. The lightweight version LingBot-Touch-Tiny has approximately 5.32 million parameters, and the technical report, code, and model weights have all been open-sourced.

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The original text provides a comparison of success rates for the tactile pre-trained model across various dexterous hands and action models, which can be used to assess the significance of unified tactile representations for embodied manipulation.

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最近有个团队做了个实验,他们在 Sharpa Wave灵巧手 的五个手指上都装上了触觉传感器,任务是 让它把一个袋子的拉链拉上 。

他们选用的动作模型是 π0.5 ,在只靠摄像头的情况下,成功率来到了 39% 。

然后团队再把指尖传感器的读数原封不动地喂给它,按理来说,机器人多了一种感官,应当是拉拉链会更得心应手一些。

同样是Sharpa Wave灵巧手和π0.5这个组合,接上原始触觉后去做 交接盒子 的任务,成功率从57%掉到48%。

即便是把灵巧手换成XHand,6项任务平均下来,成功率也从49.71%降到了48%。

那么机器人多了一种感官,反倒变得笨手笨脚的原因到底是什么?

答案是,问题出在了 读数 这件事儿上。

因为触觉数据和其它数据还不太一样,机器人的手指大部分时间是不接触物体的,所以读数差不多就是一大片“0”;即使开始接触物体,信号也是稀疏且带噪声的那种。

加之不同的传感器还各司其职, 视触觉 负责拍指尖软胶的形变, 磁触觉 负责测磁场, 压阻式触觉 负责记电阻……数据,不尽相同。

例如对于 捏住一个瓶盖 这个任务来说,三种传感器能给出的是三种完全不一样的数字,动作模型 看不懂 不说,还得硬用……可以说在 帮倒忙 了。

那此局又该怎么破呢?

蚂蚁灵波 给出了一种解法——在传感器和动作模型中间 加一个“翻译” 。

(注:上面的实验便是蚂蚁灵波做的。)

简单来说,就是先把各种传感器读到的数据,翻译成动作模型能看懂的那种,例如手指碰在哪儿、用了多大劲、力往哪边偏、有没有打滑,然后再交给它。

还是那个π0.5,还是那个拉拉链的任务,如此操作下来,成功率便直接飙升到了 59% ,甚至比完全不用触觉还高20个百分点;交接盒子这个任务的成功率,也从48%回到了63%。

而这个“翻译”,便是蚂蚁灵波今天 最新开源 的触觉预训练基础模型 LingBot-Touch 。

在它的加持之下,刚才我们提到的拧瓶盖的动作,就变得非常丝滑了:

要知道,拧瓶盖很容易翻车的地方,恰恰在指腹和瓶盖贴在一起的那一小块:捏得稍微松一点,指腹就会在盖面上打滑,手腕转了半圈,盖子却纹丝不动。而这一幕,正是摄像头看不清的。

那么,LingBot-Touch这个“翻译”,究竟是怎么做到的?

我们先来把LingBot-Touch干的活儿给讲清楚。

简单来说,它负责接收磁触觉、视触觉、压阻式触觉这三类传感器的信号,再把它们 统一编码成一种触觉Token ,从中读出接触位置、受力大小,以及力的方向是怎么随时间变化的。

它的位置刚好卡在中间,往下能接上不同的传感器和灵巧手,往上则把这些Token交给不同的动作模型。

如此一来,不管各家传感器的信号如何五花八门,到了动作模型这里,都能被统一理解,可谓殊途同归。

而且LingBot-Touch的轻量版 LingBot-Touch-Tiny 只有约 532万参数 ,目前技术报告、代码和模型权重也都已经开源。

那么,LingBot-Touch又是怎么练成的呢?

整体来看,蚂蚁灵波团队主要分了三步走。

第一步是统一坐标。

团队遇到的第一个难题,是不同传感器的触点数量和排布差别实在太大。比如有的灵巧手光是拇指上就铺了116个触点,有的布料手套却只有一个3×3的小阵列。

如果按编号硬对,那肯定是对不上的。

为此,团队先把所有传感器的触点都映射到同一个标准化的指尖空间里,再给每个Token发一个“地址”,这个地址由时间、手指和三维位置共同组成。

地址会通过旋转位置编码(RoPE)进入模型。这样一来,模型就不再要求固定的触点数量,即便换一种布局,也照样能读。

在此基础上,三类传感器各自有一个轻量的入口,负责把原始读数转成Token;入口后面,则共用同一个触觉Transformer主干。

也就是说,传感器之间的差异交给各自的入口去消化,接触本身的规律,则放到主干里一起学。

第二步是在特征空间里做预测。

坐标统一之后,团队又碰上了第二个坑,也就是开头我们提到的那一大片“0”。

如果让模型去还原原始读数,它很快就会找到一条捷径,只要把“没碰到”的背景学好,损失就能降得很低。可这样一来,分数虽然好看,真正有用的接触信息却没学到多少。

所以LingBot-Touch选择了 JEPA路线 。

具体来说,训练时模型会随机遮住 90% 的触点,而且整段时间都遮着;然后,模型要根据剩下10%的变化,在特征空间里预测被遮住部分的表征,无需逐点还原读数。

如此操作之下,效果可谓是立竿见影,同样用1000小时数据训练,LingBot-Touch判断接触中心的误差是0.90毫米,而VAE和MAE都在3毫米以上。

再比如,用一段触觉去找对应的视频画面,LingBot-Touch的前5召回率是32.07%,另外两种方法则都不到6%。

第三步是扩充数据,防止模型死记硬背。

LingBot-Touch的预训练数据一共有 4983小时 、约 13.3亿帧 。其中三分之二来自人戴着触觉手套干活,剩下三分之一来自遥操作Sharpa Wave双臂机器人。

之所以大量用手套,是因为它不需要机器人,一个人一天就能在普通环境里录上好几个小时。而且这些数据只标注了开、关、装配、倒水这类任务类别,没有一帧标过力的大小。

不过,数据攒够了,团队还得防着模型“偷懒”。

因为预训练里只有三种传感器布局,模型很可能直接把这三套触点位置背下来,等碰到第四种布局就抓瞎了。

所以在训练时,团队会随机改变触点的采样密度,再把每个触点的位置小幅挪一挪,逼着模型去学接触本身的规律。

在这三步走完之后,就该上真机检验了。

测试覆盖了两款灵巧手,其中 高自由度 的Sharpa Wave做 20项 任务, 低自由度 的XHand做6项,一共 26项 。

参与测试的动作模型有四种,分别是Diffusion Policy、π0.5、LingBot-VLA和T-Rex。每种模型都要在不用触觉、直接喂原始信号、接入LingBot-Touch这三种设置下分别测试。

结果,在两款手上,四种模型都是接入LingBot-Touch的那一组平均成功率最高。

和不用触觉相比,T-Rex、π0.5、LingBot-VLA的成功率分别提升了23.18、21.81、24.81个百分点,而付出的代价,只是参数量多了0.13%到0.16%。

就拿单手插吸管来说,这个任务的难点在于刺破封膜的那一下。吸管抵住透明封膜往下压,阻力越来越大,膜一破,手上会突然松掉。

摄像头很难分清膜是被压凹了还是已经被扎穿,但指尖可以。要是收力慢上一步,吸管就会直接冲到杯底。

当然,最能说明问题的,还得是XHand这组实验。

XHand用的磁触觉传感器,型号从来没出现在预训练数据里;而且预训练中的磁触觉数据,全部来自人戴的手套。接入XHand时,LingBot-Touch更是一个参数都没改。

即便如此,π0.5在6项任务上的平均成功率,还是从直接喂原始信号时的48.00%升到了74.17%。

其中分离叠杯这一项,成功率更是从32.5%翻了一倍多,达到了72.5%。

这个任务要求灵巧手只取走最上面的那一个杯子,它得用一只手扶住整摞杯子,另一只手捏着杯沿往外抽。如果阻力突然变小、指腹还稳稳贴着杯沿,说明杯子已经松脱,得马上收力;如果是指腹自己在杯沿上打滑,那就该重新抓。

这两种情况,手感截然不同。

换句话说,人手攒下的经验,帮机器人读懂了一只它从没摸过的手。

除此之外,团队还拿LingBot-Touch和此前的触觉基础模型FTP-1做了对比。

在Sharpa Wave上判断接触中心时,FTP-1的误差是2.19毫米,LingBot-Touch则是0.12毫米;在XHand上,误差也从5.89毫米降到了0.16毫米。

要知道,FTP-1在这两只手上还各自配了专门的适配器,而LingBot-Touch用的是同一个冻结的编码器。

另外,LingBot-Touch的 Scaling Law 也已经初步显现出来了。

Tiny版在4000小时左右开始饱和,换成容量更大的Small版,到5000小时效果还在往上涨;真机任务的成功率,同样随着预训练数据的增加而稳定提升。

看完技术细节,我们再把LingBot-Touch放回蚂蚁灵波整条技术路线里,就能更清楚地看到它的位置。

在此之前,灵波的通用大脑已经铺开了三块能力,空间感知有LingBot-Vision和LingBot-Depth 2.0,环境交互有LingBot-Video和LingBot-World 2.0,灵巧操作则有LingBot-VLA 2.0和LingBot-VA 2.0。

可以看到,这几块能力大多在解决 碰到之前 的事,比如东西在哪、手该伸到哪、下一步该干什么。

不过一旦手指碰上物体,视觉能提供的信息就少了,比如指腹贴着瓶盖的地方会被手挡住,钥匙插进锁孔之后更是什么都看不见。

LingBot-Touch补上的,正是这一块。用一句话概括,就是 视觉管接触之前,触觉管接触之后。

双手开锁就是一个典型的例子。

一只手握着挂锁,另一只手捏着钥匙对准锁孔,这一步主要靠眼睛;可钥匙往里一推,就有可能把锁顶歪,推到一半卡住了,还得退一点、换个角度再试。

等钥匙进了锁孔,摄像头基本就帮不上忙了,灵巧手只能靠钥匙传回指尖的阻力来判断。

看到这里,或许有小伙伴要问了, 灵波为什么要把触觉单独做成一个基础模型?

原因在于,每只手的控制方式都不一样,但它们都得理解接触。

如果把“理解接触”这件事单独拎出来,做成可以复用的一层,那么一款硬件攒下的经验,就能成为下一款机器人的起点。

这个思路,其实和灵波之前做LingBot-VLA是一脉相承的。

VLA研究的是同一个大脑怎么驱动不同构型的机器人,也就是“一脑多机”;到了Touch这里,问题又往前推了一步,变成了不同的手、不同的传感器攒下的接触经验,能不能放在一起学,再用到新机器人身上。

而前面XHand那组结果,算是给出了一个初步的答案。

LingBot-Touch的几个设计选择,也正是从这个目标倒推出来的。用手套采数据,是因为手套不依赖机器人本体,数据规模才扩得上去;入口按传感原理设计、不按产品型号设计,是为了给以后的新传感器留出位置。

这也是灵波一直强调的 具身原生 ,即从机器人在物理世界里怎么感知、怎么动手出发,来决定模型应该怎么设计、用什么数据训练。

目前,LingBot-Touch已经和LingBot-VLA、LingBot-Depth完成融合,用来提升通用大脑手眼协同、完成精细操作的能力。

在落地方面,灵波也正和乐聚、钛虎等本体伙伴,以及国大药房、隆盛等场景伙伴,在零售分拣、物流分拣和工业场景里开展商业化测试。

聊完LingBot-Touch本身,我们再把视角拉远一点。

今年9月GPT-6 Astra发布之后,RoboDojo团队让它在零样本的条件下跑了42项仿真操作任务,结果它的综合得分在43个参评条目里排到了第一。

说实话,这件事让具身圈一度挺慌的。

但在同一份报告里,还有另一组数字。GPT-6 Astra在精度维度的成功率只有4%,而表现最好的公开策略是20.42%;插管、搭塔这类需要精确接触的任务,它几乎全军覆没,真机测试也因为安全问题被叫停。

报告把这个差距归结为缺少物理常识,也就是对接触、力和碰撞的理解。

而就在今天,Anthropic又发布了Claude Fable 5.2,大模型控制机器人的进度条又往前推了一步。

据Anthropic官方博客公布的内部测试结果,Fable 5.2在RoboDojo仿真测试中的平均成功率达到 64.9% ,是同一套测试框架下GPT-6 Astra(29.8%)的两倍还多,也超过了大多数专门为控制机器人打造的AI系统。

官方放出的演示里,由Fable 5.2控制的机器人还能解魔方、拧瓶盖、画画。不过,RoboDojo考的,是看着摄像头画面去控制一台仿真的双臂机器人。

从Fable 5.1到Fable 5.2,前后两个多月,同一套测试里的成功率就从27.6%涨到了64.9%。通用大模型理解任务、推理规划,乃至直接上手操作的本事,都在肉眼可见地变强。

但在我们看来,这并不意味着具身模型就该退到一边,只管“动手”。

仿真里的高分,和在真实世界里稳稳地把活干完,中间还隔着物理世界的泛化性。换一只手、换一种材质、换一个从没见过的场景,机器人还能不能干好?这个问题绕不过去,得由从物理世界里原生长出来的大脑自己去啃。

蚂蚁灵波CEO 朱兴 的判断也是如此。

他认为,GPT-6 Astra、Claude Fable 5.2这些数字世界大语言模型的进展,确实让机器人的复杂任务推理和物理操作能力更强,灵波也在积极吸收;但要真正跑通操作闭环,“物理操作泛化性这块硬骨头还是绕不开”,很大程度上仍要靠具身基础模型自身的突破。

在他看来,通用大模型和具身基础模型更接近 1+1>2 的关系,两者各自突破、相互促进,共同加速具身智能产业的成熟。

LingBot-Touch,就是灵波啃这块硬骨头的一次尝试。

触觉是一种物理世界原生的模态。互联网上有海量的文字、图片和视频,却几乎没有哪个网页记录过,拇指捏瓶盖时到底用了几牛的力。这类经验,只能在真实交互里一点点攒,而它恰恰是物理世界泛化性的根基之一。

例如灵巧手 摸麻将 ,靠的就是这种经验。

二筒和三筒摸上去都是圆圈,想分清楚,得摸出一共有几个圆、各自排在哪儿,而这些线索全藏在指腹下浅浅的刻纹里。

过去,触觉一直是零零散散的,每家传感器一套数据、一套模型,换一只手就得从头再来。而LingBot-Touch证明了,触觉也可以有统一的表征。

如果再往前推一步,LingBot-Touch这套办法,即统一坐标、入口分开、主干共享、在特征空间里做预测,其实没有哪一环是只属于触觉的。

这套思路,也贯穿在蚂蚁灵波整条具身原生路线里。按照规划,灵波会持续探索物理操作泛化性的上限,打造跨构型的机器人行业通用大脑,推动视觉、深度、触觉乃至温度等更多物理模态在统一模型中对齐。至于机器人以后还会多出哪些感知方式,现在谁也说不准,但至少,已经有了一条可以参照的路。

这也正是蚂蚁灵波想做的事情,在硬件和场景之间做一层智能,把不同本体、不同传感器积累下来的物理经验,转化成可以共享的通用能力。

而且,蚂蚁灵波是以开源、可拆分的方式把这层能力给出去的,并且会在推进商业化的同时,持续向社区开源开放。

LingBot-Touch可以单独拿去用,接在π0.5、Diffusion Policy这些别家的动作模型上,一样有效;传感器厂商可以继续走自己的技术路线,整机厂也不用为了某个模型去换传感器。

奥迪今年初披露过一个数字,全行业线束生产与装配的自动化比例,还不到10%。这类边接触、边调整的活儿,正是灵巧手迟迟接不住的地方。

再看国内,中国的灵巧手和触觉传感器种类很多,过去这是数据互不相通的麻烦;可一旦经验能够共享,这份多样性反倒会变成数据上的优势。

总而言之, 机器人手上有了信号,也未必会用。

正如朱兴所说,“模态输入的质量很大程度上决定了动作输出的质量”,没有好的输入,就没有好的输出。

通用大模型跑得越快,具身原生的大脑就越不能掉队。让机器人在物理世界里把活干稳、干好的那份能力, 终究要靠具身原生的大脑,在真实世界里一点一点练出来。

Source

QbitAI