摘要：目前的机器人通常只能按照预先编程好的指令，机械地执行任务，缺乏灵活性和应变能力。现实世界是复杂多变的，充满了各种不确定性。对于机器人来说，仅仅依靠预先编程的指令远远不够。它们必须具备“预测”能力，才能更好地应对各种复杂情况。
目前的机器人通常只能按照预先编程好的指令，机械地执行任务，缺乏灵活性和应变能力。现实世界是复杂多变的，充满了各种不确定性。对于机器人来说，仅仅依靠预先编程的指令远远不够。它们必须具备“预测”能力，才能更好地应对各种复杂情况。
近日，研究人员提出了一项名为 “EnerVerse” 的开创性框架，旨在让机器人能够像人脑一样，对未来进行预测，从而更智能、更灵活地执行各类任务。
相关论文链接：https://arxiv.org/abs/2501.01895
当赋予了机器人“预见”未来可能发生情况的能力，它们不再是“死板”的机器，而是成为能够灵活应对变化的智能体。这将大大提高机器人的工作效率和安全性，也为它们在更广泛领域的应用奠定了基础。
像人脑一样预测
那么，研究提出的 EnerVerse 框架，是如何让机器人拥有“预见未来”的能力呢？简单来说，其赋予了机器人三项关键能力：看得更广更远的“自由视角”、学会“脑补”的“稀疏记忆”机制，以及举一反三的学习能力。
1. “看”得更广更远：自由视角
传统机器人的视觉传感器通常是固定的，只能感知到某个特定方向的信息。这限制了机器人对周围环境的感知能力。
而 EnerVerse 采用了“自由视角”技术，它允许机器人设定多个虚拟的“观察点”，每个“观察点”都能提供一个独特的视角。这些“观察点”的信息会被整合起来，构建出一个完整的、多角度的环境模型。
这意味着机器人的“眼睛”不再受限于单一的固定视角。它可以从多个角度去观察周围的环境，获取更全面、更立体的信息。这样一来，机器人就能感知到物体的远近、大小、形状等更丰富的信息，从而为“预见未来”奠定基础。
2. 学会“脑补”：稀疏记忆机制
人类的大脑并不会巨细无遗地记住所有发生过的事情，而是会选择性地记住一些关键的信息，并在需要的时候进行“脑补”。EnerVerse 也采用了类似的机制，称为“稀疏记忆”。它不会将所有的数据都一股脑地存储起来，而是会根据任务的需要，选择性地记住一些关键的信息。这些信息虽然不完整，但足以让 EnerVerse 推断出整个事件的经过。
这种“稀疏记忆”机制不仅可以节省大量的存储空间，还能提高机器人的运算效率，让它们能够更快地做出决策。更重要的是，还能帮助机器人更好地应对那些从未见过的情况。因为即使只有少量的关键信息，EnerVerse 也能根据已有的知识进行“脑补”，推断出可能的结果。
3. 举一反三：强大的学习能力
EnerVerse 的另一项“超能力”是其强大的学习能力。通过学习大量的数据，EnerVerse 能够总结出各种动作和事件之间的规律，并将其应用到新的场景中。它采用了“分块预测”和“自回归生成”等技术，让机器人能够像人一样，基于当前的情况，一步步地预测接下来可能发生的事情。
所谓“分块预测”，就是将一个复杂的任务分解成若干个小的步骤，然后分别对每个步骤进行预测。“自回归生成”则是一种迭代的预测方式，每一步的预测都会成为下一步预测的基础。
例如，通过学习大量的“倒水”视频，机器人可以了解到倒水的速度、角度和水量之间的关系，并据此预测在不同的情况下，水杯中水位的变化情况。这种举一反三的能力，正是 EnerVerse 实现“预见未来”的关键所在。
数据驱动的训练方式
训练机器人通常会采用模拟环境，因为这比直接在现实世界中进行训练更加安全、高效和经济。然而，模拟环境毕竟只是对现实世界的近似模拟，两者之间始终存在着一定的差距。
为了解决这个问题，EnerVerse 团队采用了一种数据驱动的训练方式，其核心是 4D 高斯泼溅（4D Gaussian Splatting）技术。
这种技术可以将模拟数据和真实数据相结合，创造出更加逼真、更加多样化的训练数据。具体来说，是对机器人“看到”的场景进行三维重建，并生成一系列连续的、逼真的图像。这些图像不仅包含了丰富的视觉信息，还包含了物体随时间变化的动态信息，也就是所谓的“4D”信息——即三维空间信息加上时间维度信息。
通过该方式，EnerVerse 可以获得大量更接近现实世界的数据。这些数据能够帮助机器人更好地学习如何在各种复杂的环境中执行任务，弥补了模拟环境与现实世界之间的差距。
更重要的是，EnerVerse 可以根据需要，生成各种不同场景、不同任务的训练数据，并且可以不断地对数据进行迭代和优化，使其越来越接近现实世界的情况。
更聪明的机器人
为了检验 EnerVerse 的实战能力，研究人员进行了一系列严格的测试。在机器人学习基准测试平台 LIBERO 上，EnerVerse 在多项测试中都取得了优异的成绩，尤其是在那些需要长期规划和预测的任务上，更是表现出色。
展望未来，EnerVerse 或将在众多领域大展身手，例如，在工业生产线、家庭服务、医疗和自动驾驶等领域，机器人能更高效、安全地完成各种复杂任务。
随着机器人技术的不断发展和完善，相信在不久的将来，我们将看到更多更智能、更灵活、更有用的机器人，走进我们的生活。
来源：走进科技生活