這項(xiàng)由上海AI實(shí)驗(yàn)室的呂琦、孔維杰、李昊等研究人員領(lǐng)導(dǎo)的研究發(fā)表于2025年9月，題為《F1: A Vision-Language-Action Model Bridging Understanding and Generation to Actions》。有興趣深入了解的讀者可以通過(guò)項(xiàng)目主頁(yè) https://aopolin-lv.github.io/F1-VLA 或GitHub倉(cāng)庫(kù) https://github.com/InternRobotics/F1-VLA 訪問(wèn)完整論文和代碼。

當(dāng)你看到一個(gè)熟練的廚師在準(zhǔn)備晚餐時(shí)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)有趣的現(xiàn)象：他們總是能預(yù)判下一步需要做什么。在切洋蔥的同時(shí)，他們已經(jīng)在腦海中想象著洋蔥在鍋中翻炒的樣子，提前準(zhǔn)備好調(diào)料和火候。這種"預(yù)見(jiàn)未來(lái)"的能力讓他們的動(dòng)作流暢自然，從不慌亂。

然而，目前的機(jī)器人卻更像一個(gè)只會(huì)照著菜譜機(jī)械操作的新手，它們只能根據(jù)當(dāng)前看到的情況做出反應(yīng)，無(wú)法預(yù)測(cè)下一秒會(huì)發(fā)生什么。這就是為什么機(jī)器人在復(fù)雜環(huán)境中表現(xiàn)得如此笨拙——它們?nèi)狈?想象力"。

上海AI實(shí)驗(yàn)室的研究團(tuán)隊(duì)決定改變這一現(xiàn)狀。他們開(kāi)發(fā)了一個(gè)名為F1的機(jī)器人"大腦"，這個(gè)大腦最神奇的地方在于它能夠"預(yù)見(jiàn)未來(lái)"。就像那位經(jīng)驗(yàn)豐富的廚師一樣，F(xiàn)1能夠在執(zhí)行動(dòng)作之前先在腦海中想象出下一步的畫面，然后基于這個(gè)想象來(lái)指導(dǎo)自己的行動(dòng)。

這種革命性的設(shè)計(jì)思路徹底改變了機(jī)器人的工作方式。傳統(tǒng)的機(jī)器人就像一個(gè)近視眼，只能看清眼前的東西然后做出反應(yīng)。而F1更像一個(gè)具有遠(yuǎn)見(jiàn)的規(guī)劃師，它不僅能理解當(dāng)前的環(huán)境和任務(wù)指令，還能預(yù)測(cè)接下來(lái)會(huì)發(fā)生什么，然后制定出最合適的行動(dòng)策略。

研究團(tuán)隊(duì)在多個(gè)機(jī)器人平臺(tái)上測(cè)試了F1的能力，包括雙臂協(xié)作機(jī)器人Genie-1、工業(yè)機(jī)器人Franka以及移動(dòng)操作機(jī)器人ARX LIFT II。實(shí)驗(yàn)結(jié)果令人震撼：F1在各種復(fù)雜任務(wù)中的成功率都大幅超越了傳統(tǒng)方法，特別是在需要長(zhǎng)期規(guī)劃和動(dòng)態(tài)適應(yīng)的任務(wù)中表現(xiàn)尤為出色。

一、機(jī)器人的"想象力"是如何工作的？

要理解F1的工作原理，我們可以把它想象成一個(gè)擁有三個(gè)不同技能的團(tuán)隊(duì)。第一個(gè)成員是"理解專家"，就像一個(gè)經(jīng)驗(yàn)豐富的翻譯，能夠準(zhǔn)確理解人類的語(yǔ)言指令并分析當(dāng)前的環(huán)境情況。第二個(gè)成員是"想象專家"，這是整個(gè)團(tuán)隊(duì)中最有創(chuàng)意的部分，它能夠根據(jù)當(dāng)前情況和任務(wù)要求，在腦海中描繪出未來(lái)幾秒鐘可能出現(xiàn)的畫面。第三個(gè)成員是"執(zhí)行專家"，它根據(jù)前兩位同事提供的信息，制定出具體的行動(dòng)計(jì)劃。

這三個(gè)專家之間的協(xié)作遵循一個(gè)嚴(yán)格的流程。首先，理解專家接收人類的指令和當(dāng)前的視覺(jué)信息，就像一個(gè)管家接收主人的要求并觀察房間的現(xiàn)狀。然后，想象專家基于這些信息創(chuàng)造出一幅"未來(lái)圖景"——它會(huì)想象執(zhí)行任務(wù)后環(huán)境會(huì)變成什么樣子。最后，執(zhí)行專家看著這幅想象中的圖景，反推出需要執(zhí)行的具體動(dòng)作序列。

這種設(shè)計(jì)的巧妙之處在于，它將復(fù)雜的機(jī)器人控制問(wèn)題轉(zhuǎn)化為一個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的"逆向工程"問(wèn)題。就好比你看到一幅完成的拼圖，然后反推需要如何擺放每一塊拼圖片一樣。傳統(tǒng)的機(jī)器人需要直接從當(dāng)前狀態(tài)推導(dǎo)出正確的動(dòng)作，這就像在黑暗中摸索前進(jìn)。而F1先想象出目標(biāo)狀態(tài)，然后找出達(dá)到這個(gè)狀態(tài)的路徑，這就像有了明確的目的地和地圖指引。

想象專家使用了一種特殊的技術(shù)來(lái)生成未來(lái)畫面，這種技術(shù)叫做"下一尺度預(yù)測(cè)"。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，它不是一次性生成完整的高清圖像，而是像畫家作畫一樣，先勾勒出大致輪廓，再逐步添加細(xì)節(jié)。這種方法不僅計(jì)算效率高，而且能夠抓住最重要的視覺(jué)特征，為后續(xù)的動(dòng)作規(guī)劃提供關(guān)鍵信息。

為了確保三個(gè)專家之間的有效協(xié)作，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一套名為"漸進(jìn)式注意力機(jī)制"的協(xié)調(diào)系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)就像一個(gè)精心設(shè)計(jì)的會(huì)議流程：理解專家首先發(fā)言，分享自己的分析結(jié)果；想象專家在聽(tīng)取第一位同事的意見(jiàn)后，提出自己的預(yù)測(cè)；最后，執(zhí)行專家綜合前兩位的觀點(diǎn)，制定行動(dòng)方案。這種單向的信息流動(dòng)確保了決策過(guò)程的邏輯性和可靠性。

二、從零開(kāi)始培養(yǎng)機(jī)器人的"預(yù)見(jiàn)能力"

教會(huì)機(jī)器人預(yù)見(jiàn)未來(lái)并非一蹴而就的過(guò)程，就像培養(yǎng)一個(gè)優(yōu)秀的廚師需要經(jīng)歷學(xué)徒、幫廚和主廚三個(gè)階段一樣。研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一套三階段的訓(xùn)練方案，每個(gè)階段都有其特定的學(xué)習(xí)重點(diǎn)和目標(biāo)。

第一階段可以比作"打基礎(chǔ)"的過(guò)程。在這個(gè)階段，研究團(tuán)隊(duì)主要訓(xùn)練想象專家的能力，讓它學(xué)會(huì)根據(jù)歷史畫面和任務(wù)指令預(yù)測(cè)下一幀圖像。這就像教一個(gè)學(xué)徒觀察師傅的動(dòng)作，然后想象下一步會(huì)發(fā)生什么。訓(xùn)練過(guò)程中，系統(tǒng)會(huì)看到一系列連續(xù)的圖像以及對(duì)應(yīng)的任務(wù)描述，然后嘗試預(yù)測(cè)下一張圖像應(yīng)該是什么樣子。如果預(yù)測(cè)準(zhǔn)確，系統(tǒng)就得到正面反饋；如果預(yù)測(cè)錯(cuò)誤，就調(diào)整自己的判斷標(biāo)準(zhǔn)。

有趣的是，這個(gè)階段的訓(xùn)練采用了"教師強(qiáng)制"的方法，就像一位嚴(yán)格的老師會(huì)立即糾正學(xué)生的錯(cuò)誤一樣。當(dāng)想象專家嘗試預(yù)測(cè)下一幀圖像時(shí)，訓(xùn)練系統(tǒng)會(huì)在每一步都提供正確答案作為參考，確保學(xué)習(xí)過(guò)程的準(zhǔn)確性和效率。

第二階段是"綜合訓(xùn)練"階段。此時(shí)，三個(gè)專家開(kāi)始協(xié)同工作，系統(tǒng)需要同時(shí)學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)未來(lái)畫面和執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作。這個(gè)階段使用了大量的機(jī)器人操作數(shù)據(jù)，涵蓋了136種不同的任務(wù)和超過(guò)33萬(wàn)個(gè)操作軌跡。訓(xùn)練數(shù)據(jù)來(lái)源廣泛，包括了不同類型的機(jī)器人、不同的視角設(shè)置，以及從簡(jiǎn)單的物品抓取到復(fù)雜的多步驟操作等各種場(chǎng)景。

在這個(gè)階段，訓(xùn)練方法發(fā)生了重要變化。系統(tǒng)不再依賴"教師強(qiáng)制"，而是采用完全自主的預(yù)測(cè)模式，就像學(xué)徒開(kāi)始獨(dú)立操作，不再需要師傅手把手指導(dǎo)。想象專家必須基于自己之前的預(yù)測(cè)結(jié)果來(lái)生成下一步的預(yù)測(cè)，這種訓(xùn)練方式更接近實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景，能夠提高系統(tǒng)的泛化能力。

第三階段是"專業(yè)化定制"階段。經(jīng)過(guò)前兩個(gè)階段的通用訓(xùn)練，F(xiàn)1已經(jīng)具備了基本的理解、想象和執(zhí)行能力。在這個(gè)階段，研究團(tuán)隊(duì)會(huì)針對(duì)特定的機(jī)器人平臺(tái)和任務(wù)類型進(jìn)行精細(xì)調(diào)優(yōu)。這就像一位已經(jīng)掌握基本烹飪技能的廚師，開(kāi)始專精某一種菜系或烹飪風(fēng)格。

整個(gè)訓(xùn)練過(guò)程使用了兩個(gè)相互關(guān)聯(lián)的學(xué)習(xí)目標(biāo)。第一個(gè)目標(biāo)是提高想象能力，系統(tǒng)需要準(zhǔn)確預(yù)測(cè)未來(lái)的視覺(jué)狀態(tài)。第二個(gè)目標(biāo)是優(yōu)化執(zhí)行能力，系統(tǒng)需要生成能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期結(jié)果的動(dòng)作序列。研究團(tuán)隊(duì)使用了一種叫做"流匹配"的先進(jìn)技術(shù)來(lái)訓(xùn)練執(zhí)行專家，這種方法能夠處理連續(xù)的動(dòng)作空間，生成更加流暢自然的機(jī)器人動(dòng)作。

三、在真實(shí)世界中的驚人表現(xiàn)

F1的真正價(jià)值在實(shí)際應(yīng)用中得到了充分體現(xiàn)。研究團(tuán)隊(duì)在多個(gè)機(jī)器人平臺(tái)上進(jìn)行了廣泛的測(cè)試，結(jié)果證明這種"預(yù)見(jiàn)未來(lái)"的方法確實(shí)帶來(lái)了革命性的改進(jìn)。

在雙臂協(xié)作機(jī)器人Genie-1上的測(cè)試中，F(xiàn)1展現(xiàn)出了令人驚嘆的多任務(wù)處理能力。研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了九項(xiàng)不同的任務(wù)，包括基礎(chǔ)的物品抓取放置、精密操作、雙手協(xié)調(diào)以及人機(jī)交互等。在"放置鋼筆"任務(wù)中，F(xiàn)1實(shí)現(xiàn)了93.3%的成功率，而傳統(tǒng)方法只有66.7%。在更具挑戰(zhàn)性的"機(jī)器人到人類遞交"任務(wù)中，F(xiàn)1的成功率高達(dá)73.3%，遠(yuǎn)超傳統(tǒng)方法的40%。

這些數(shù)據(jù)背后反映的是F1在復(fù)雜環(huán)境中的適應(yīng)能力。傳統(tǒng)的機(jī)器人在遇到輕微的環(huán)境變化時(shí)往往會(huì)失敗，比如物品位置的微小偏移、光照條件的改變，或者人類動(dòng)作的不確定性。而F1通過(guò)預(yù)測(cè)未來(lái)狀態(tài)，能夠提前調(diào)整策略，就像一個(gè)經(jīng)驗(yàn)豐富的司機(jī)能夠預(yù)判路況變化并提前采取應(yīng)對(duì)措施。

在工業(yè)機(jī)器人Franka上的測(cè)試更是驗(yàn)證了F1的精密操作能力。研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了兩類任務(wù)：清掃和分揀。在清掃任務(wù)中，F(xiàn)1平均能成功清理7.1個(gè)物品（總共8個(gè)），而傳統(tǒng)方法只能清理4.9個(gè)。更重要的是，F(xiàn)1完成任務(wù)所需的嘗試次數(shù)明顯減少，從平均4.8次降低到3.5次，并且?guī)缀醪粫?huì)出現(xiàn)"空揮"現(xiàn)象（從2.4次降低到0.8次）。

這種精確性的提升源于F1對(duì)未來(lái)狀態(tài)的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。當(dāng)機(jī)器人需要清掃桌面時(shí)，它不再是盲目地移動(dòng)機(jī)械臂，而是先在"腦海"中想象清掃后桌面應(yīng)該是什么樣子，然后制定出最高效的路徑。這種方法特別適用于需要精密控制的工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景。

四、動(dòng)態(tài)環(huán)境中的卓越適應(yīng)性

F1最令人印象深刻的能力之一是在動(dòng)態(tài)環(huán)境中的表現(xiàn)。為了測(cè)試這種能力，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)置了一個(gè)特殊的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景：在廚房環(huán)境中安裝了一條傳送帶，上面放置著不斷移動(dòng)的食物。機(jī)器人的任務(wù)是根據(jù)語(yǔ)言指令抓取指定的食物，這就像在移動(dòng)的火車上精確抓取特定物品一樣困難。

在這個(gè)極具挑戰(zhàn)性的測(cè)試中，F(xiàn)1展現(xiàn)出了驚人的動(dòng)態(tài)適應(yīng)能力。當(dāng)系統(tǒng)接收到"抓取生菜"的指令時(shí)，它不僅需要識(shí)別傳送帶上的生菜，還要預(yù)測(cè)生菜在未來(lái)幾秒內(nèi)的位置，然后計(jì)算出最佳的攔截軌跡。最終，F(xiàn)1在"抓取生菜"和"抓取面包"兩個(gè)動(dòng)態(tài)任務(wù)中都達(dá)到了80%的成功率，綜合成功率為66.7%，而傳統(tǒng)方法僅為33.3%。

這種能力的實(shí)現(xiàn)得益于F1獨(dú)特的預(yù)測(cè)機(jī)制。當(dāng)面對(duì)移動(dòng)目標(biāo)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)持續(xù)更新對(duì)未來(lái)狀態(tài)的預(yù)測(cè)，就像一個(gè)優(yōu)秀的棒球手能夠預(yù)判來(lái)球軌跡并提前移動(dòng)到最佳擊球位置。傳統(tǒng)的反應(yīng)式機(jī)器人往往會(huì)"追著目標(biāo)跑"，導(dǎo)致動(dòng)作遲緩和失誤頻發(fā)。而F1通過(guò)預(yù)測(cè)目標(biāo)的未來(lái)位置，能夠制定出更加高效的攔截策略。

五、長(zhǎng)期任務(wù)中的規(guī)劃智慧

真正考驗(yàn)機(jī)器人智能的是那些需要多步驟協(xié)調(diào)的復(fù)雜任務(wù)。為了驗(yàn)證F1在這方面的能力，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一個(gè)包含十個(gè)步驟的長(zhǎng)期任務(wù)序列，整個(gè)過(guò)程大約需要兩分鐘完成。這個(gè)任務(wù)就像完成一套復(fù)雜的家務(wù)流程：首先拿起可樂(lè)放入盒子，然后拿香蕉也放入盒子，接著倒出盒子，拿起抹布擦拭桌面，再拿起掃帚和簸箕清理桌面，最后接住滾動(dòng)的球并倒掉簸箕中的垃圾。

在這個(gè)復(fù)雜的測(cè)試中，傳統(tǒng)方法在完成前四個(gè)步驟后就完全失效了，所有后續(xù)步驟的成功率都降到了零。這種現(xiàn)象很好理解：傳統(tǒng)機(jī)器人就像一個(gè)沒(méi)有記憶的人，每一步都要重新分析整個(gè)情況，隨著任務(wù)的進(jìn)行，累積的誤差和不確定性會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)完全崩潰。

相比之下，F(xiàn)1展現(xiàn)出了出色的長(zhǎng)期規(guī)劃能力。它在前五個(gè)步驟中都保持了90%以上的成功率，即使在后續(xù)更具挑戰(zhàn)性的步驟中，成功率仍然維持在40%到73%之間。這種持續(xù)的執(zhí)行能力源于F1的預(yù)測(cè)機(jī)制：每一步執(zhí)行前，系統(tǒng)都會(huì)想象完成當(dāng)前步驟后的場(chǎng)景，這種"想象"幫助它保持對(duì)整個(gè)任務(wù)流程的清晰認(rèn)識(shí)。

更令人驚訝的是，F(xiàn)1還展現(xiàn)出了一定的錯(cuò)誤恢復(fù)能力。當(dāng)某個(gè)步驟執(zhí)行不夠完美時(shí)，系統(tǒng)能夠調(diào)整后續(xù)的預(yù)測(cè)和規(guī)劃，就像一個(gè)有經(jīng)驗(yàn)的工人能夠在發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后快速調(diào)整工作策略。這種靈活性對(duì)于實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景至關(guān)重要，因?yàn)楝F(xiàn)實(shí)世界中總是充滿了不可預(yù)見(jiàn)的變化。

六、跨平臺(tái)的通用智能

F1的另一個(gè)重要特點(diǎn)是它的通用性。研究團(tuán)隊(duì)在三個(gè)完全不同的機(jī)器人平臺(tái)上測(cè)試了F1的性能，每個(gè)平臺(tái)都有其獨(dú)特的機(jī)械結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)和應(yīng)用場(chǎng)景。

在雙臂協(xié)作機(jī)器人Genie-1上，F(xiàn)1主要處理需要雙手協(xié)調(diào)的任務(wù)。這類任務(wù)特別困難，因?yàn)橄到y(tǒng)需要同時(shí)控制兩只機(jī)械臂，確保它們之間的動(dòng)作協(xié)調(diào)一致。就像人類用雙手折紙或者進(jìn)行精密裝配一樣，任何一只手的動(dòng)作失誤都可能導(dǎo)致整個(gè)任務(wù)失敗。F1通過(guò)預(yù)測(cè)未來(lái)狀態(tài)，能夠提前規(guī)劃兩只機(jī)械臂的協(xié)調(diào)路徑，大大提高了復(fù)雜操作的成功率。

在工業(yè)機(jī)器人Franka上，F(xiàn)1面臨的挑戰(zhàn)是高精度的定位和操作。工業(yè)環(huán)境對(duì)精度要求極高，毫米級(jí)的誤差都可能導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題。F1的預(yù)測(cè)能力在這種場(chǎng)景下顯得尤為重要，因?yàn)樗軌蝾A(yù)見(jiàn)操作過(guò)程中可能出現(xiàn)的偏差，提前進(jìn)行補(bǔ)償調(diào)整。

在移動(dòng)操作機(jī)器人ARX LIFT II上，F(xiàn)1需要處理移動(dòng)和操作的雙重挑戰(zhàn)。這種機(jī)器人既要在空間中移動(dòng)到正確位置，又要執(zhí)行精密的操作任務(wù)。F1通過(guò)整合空間預(yù)測(cè)和操作預(yù)測(cè)，能夠優(yōu)化整個(gè)任務(wù)的執(zhí)行路徑，減少不必要的移動(dòng)和調(diào)整。

令人印象深刻的是，盡管這三個(gè)機(jī)器人平臺(tái)在硬件和軟件方面存在顯著差異，F(xiàn)1都能夠快速適應(yīng)并實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的性能。這種跨平臺(tái)的通用性證明了F1架構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性和預(yù)測(cè)方法的普適性。

七、"預(yù)見(jiàn)能力"的質(zhì)量評(píng)估

為了深入理解F1的預(yù)測(cè)質(zhì)量，研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一套獨(dú)特的評(píng)估方法。他們邀請(qǐng)了一個(gè)大型視覺(jué)語(yǔ)言模型作為"評(píng)判員"，從三個(gè)關(guān)鍵維度評(píng)估F1生成的未來(lái)圖像質(zhì)量。

第一個(gè)維度是"場(chǎng)景一致性"，評(píng)估預(yù)測(cè)圖像是否與歷史圖像在環(huán)境布局、光照條件和紋理細(xì)節(jié)方面保持一致。這就像檢驗(yàn)一幅連環(huán)畫中不同畫格的背景是否協(xié)調(diào)一致。研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)1在這個(gè)維度上表現(xiàn)最好，能夠準(zhǔn)確維持環(huán)境的基本特征。

第二個(gè)維度是"物體一致性"，檢查預(yù)測(cè)圖像中的物體是否在身份、外觀和位置方面合理。這個(gè)維度最具挑戰(zhàn)性，因?yàn)槲矬w的形狀和位置會(huì)隨著機(jī)器人的操作而發(fā)生復(fù)雜變化。雖然F1在這個(gè)維度上仍有改進(jìn)空間，但已經(jīng)能夠捕捉到大多數(shù)重要物體的基本特征。

第三個(gè)維度是"任務(wù)進(jìn)展一致性"，評(píng)估預(yù)測(cè)圖像是否合理反映了任務(wù)執(zhí)行后的狀態(tài)。有趣的是，盡管F1在物體細(xì)節(jié)方面不夠完美，但它在任務(wù)邏輯方面表現(xiàn)出色，能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)任務(wù)執(zhí)行后應(yīng)該出現(xiàn)的關(guān)鍵變化。

這種評(píng)估結(jié)果揭示了一個(gè)重要的發(fā)現(xiàn)：對(duì)于機(jī)器人控制而言，預(yù)測(cè)的邏輯正確性比視覺(jué)完美性更為重要。F1不需要生成電影級(jí)別的逼真畫面，它只需要抓住足夠的關(guān)鍵信息來(lái)指導(dǎo)后續(xù)的動(dòng)作規(guī)劃。這種發(fā)現(xiàn)為未來(lái)的研究指明了方向，即應(yīng)該更多關(guān)注預(yù)測(cè)的任務(wù)相關(guān)性而非視覺(jué)保真度。

八、與傳統(tǒng)方法的深度對(duì)比

為了全面評(píng)估F1的性能，研究團(tuán)隊(duì)在多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試集上與現(xiàn)有的主流方法進(jìn)行了詳細(xì)比較。這些對(duì)比實(shí)驗(yàn)覆蓋了從基礎(chǔ)操作到復(fù)雜推理的各種場(chǎng)景。

在LIBERO測(cè)試集上，F(xiàn)1與包括Diffusion Policy、OpenVLA、π0等多個(gè)知名系統(tǒng)進(jìn)行了比較。LIBERO是一個(gè)綜合性的機(jī)器人操作測(cè)試平臺(tái)，包含了空間推理、物體操作、目標(biāo)導(dǎo)向和長(zhǎng)期規(guī)劃四個(gè)子測(cè)試。在所有四個(gè)子測(cè)試中，F(xiàn)1都取得了最高的成功率和最佳的排名。特別是在長(zhǎng)期規(guī)劃任務(wù)中，F(xiàn)1的優(yōu)勢(shì)最為明顯，成功率達(dá)到91.3%，顯著超越其他方法。

在SimplerEnv Bridge測(cè)試集上的結(jié)果同樣令人鼓舞。這個(gè)測(cè)試集專注于精密操作和復(fù)雜環(huán)境適應(yīng)。F1在"胡蘿卜放盤"任務(wù)中的抓取成功率達(dá)到87.5%，任務(wù)完成率為70.8%；在"茄子入籃"任務(wù)中更是實(shí)現(xiàn)了100%的抓取成功率和66.7%的任務(wù)完成率。這些數(shù)據(jù)反映了F1在處理不同形狀、大小和材質(zhì)物體時(shí)的優(yōu)異適應(yīng)性。

更深層次的分析表明，F(xiàn)1的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在三個(gè)方面。首先是對(duì)動(dòng)態(tài)環(huán)境的適應(yīng)性，傳統(tǒng)方法在環(huán)境發(fā)生變化時(shí)往往需要重新學(xué)習(xí)，而F1通過(guò)預(yù)測(cè)機(jī)制能夠快速適應(yīng)新情況。其次是長(zhǎng)期規(guī)劃能力，大多數(shù)現(xiàn)有方法只能處理短期的反應(yīng)式任務(wù)，而F1能夠維持長(zhǎng)期的任務(wù)執(zhí)行一致性。最后是跨任務(wù)的泛化能力，F(xiàn)1在不同類型任務(wù)之間展現(xiàn)出了良好的知識(shí)遷移能力。

九、技術(shù)架構(gòu)的深度解析

F1的成功離不開(kāi)其精心設(shè)計(jì)的技術(shù)架構(gòu)。整個(gè)系統(tǒng)建立在Transformer架構(gòu)基礎(chǔ)上，但進(jìn)行了專門的優(yōu)化和改進(jìn)。理解專家采用了與PaliGemma相同的架構(gòu)設(shè)計(jì)，能夠有效處理多模態(tài)輸入信息。生成專家和執(zhí)行專家則基于Gemma骨干網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建，確保了系統(tǒng)的一致性和兼容性。

系統(tǒng)使用了Swish激活函數(shù)、RMSNorm歸一化和旋轉(zhuǎn)位置編碼等先進(jìn)技術(shù)，這些組件的組合優(yōu)化了模型的訓(xùn)練效率和推理性能。初始化策略也經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)：理解專家和執(zhí)行專家繼承了π0的預(yù)訓(xùn)練權(quán)重，而生成專家則隨機(jī)初始化，并配備了來(lái)自VAR的預(yù)訓(xùn)練殘差VQ-VAE用于圖像量化。

訓(xùn)練數(shù)據(jù)的規(guī)模和多樣性也是F1成功的關(guān)鍵因素。整個(gè)訓(xùn)練語(yǔ)料庫(kù)包含了約33萬(wàn)個(gè)操作軌跡，涵蓋136種不同任務(wù)，總計(jì)7380萬(wàn)幀圖像。數(shù)據(jù)來(lái)源包括Agibot-World、Open-X-Embodiment、LIBERO等多個(gè)大規(guī)模數(shù)據(jù)集，確保了系統(tǒng)能夠?qū)W習(xí)到豐富多樣的操作模式和環(huán)境適應(yīng)策略。

訓(xùn)練過(guò)程分為三個(gè)階段，每個(gè)階段都有特定的超參數(shù)設(shè)置。第一階段使用1280的批次大小和3.0×10??的學(xué)習(xí)率進(jìn)行51.2萬(wàn)步訓(xùn)練。第二階段將批次大小增加到2880，學(xué)習(xí)率調(diào)整為5.0×10??，訓(xùn)練10萬(wàn)步。第三階段針對(duì)具體任務(wù)進(jìn)行精調(diào)，批次大小降至128，但訓(xùn)練輪數(shù)根據(jù)任務(wù)復(fù)雜度靈活調(diào)整。

十、廣闊的應(yīng)用前景和深遠(yuǎn)影響

F1的出現(xiàn)不僅僅是技術(shù)上的突破，更預(yù)示著機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域的根本性變革。這種"預(yù)見(jiàn)未來(lái)"的能力將使機(jī)器人在眾多現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中發(fā)揮更大作用。

在制造業(yè)中，F(xiàn)1型機(jī)器人能夠處理更加復(fù)雜和精密的裝配任務(wù)。傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人主要從事重復(fù)性的簡(jiǎn)單操作，而具備預(yù)測(cè)能力的機(jī)器人能夠應(yīng)對(duì)產(chǎn)品變化、處理異常情況，甚至與人類工人協(xié)同完成復(fù)雜的制造流程。這將推動(dòng)制造業(yè)向更加靈活和智能的方向發(fā)展。

在服務(wù)行業(yè)，F(xiàn)1的應(yīng)用潛力同樣巨大。家庭服務(wù)機(jī)器人能夠更好地理解和執(zhí)行家務(wù)任務(wù)，餐飲服務(wù)機(jī)器人能夠應(yīng)對(duì)復(fù)雜的點(diǎn)餐和配送需求，醫(yī)療輔助機(jī)器人能夠協(xié)助醫(yī)護(hù)人員完成精密的醫(yī)療操作。這些應(yīng)用將顯著提升服務(wù)質(zhì)量和效率，改善人們的生活體驗(yàn)。

在科學(xué)研究領(lǐng)域，F(xiàn)1型機(jī)器人能夠承擔(dān)更多的實(shí)驗(yàn)操作任務(wù)?？茖W(xué)實(shí)驗(yàn)往往需要極高的精度和一致性，而機(jī)器人的預(yù)測(cè)能力能夠減少實(shí)驗(yàn)誤差，提高結(jié)果可靠性。同時(shí)，機(jī)器人能夠處理危險(xiǎn)或者重復(fù)性的實(shí)驗(yàn)操作，解放科研人員去從事更富創(chuàng)造性的工作。

從更宏觀的角度來(lái)看，F(xiàn)1代表了人工智能發(fā)展的一個(gè)重要里程碑。它首次在機(jī)器人領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了感知、預(yù)測(cè)和行動(dòng)的有機(jī)統(tǒng)一，這種能力被認(rèn)為是通用人工智能的重要特征之一。隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和完善，我們有理由相信，具備預(yù)見(jiàn)能力的智能系統(tǒng)將在更多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

當(dāng)然，任何新技術(shù)的發(fā)展都不是一帆風(fēng)順的。F1目前仍然面臨一些挑戰(zhàn)，比如預(yù)測(cè)圖像的細(xì)節(jié)質(zhì)量有待提高，對(duì)復(fù)雜動(dòng)態(tài)環(huán)境的適應(yīng)性還需要進(jìn)一步增強(qiáng)，以及系統(tǒng)的計(jì)算效率和實(shí)時(shí)性需要持續(xù)優(yōu)化。研究團(tuán)隊(duì)也認(rèn)識(shí)到這些問(wèn)題，并在論文中詳細(xì)討論了未來(lái)的改進(jìn)方向。

展望未來(lái)，研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃將F1擴(kuò)展到更多類型的機(jī)器人平臺(tái)，包括移動(dòng)機(jī)器人、無(wú)人機(jī)甚至人形機(jī)器人。他們還希望將物理規(guī)律和世界模型更深入地融入到預(yù)測(cè)機(jī)制中，使機(jī)器人能夠做出更加準(zhǔn)確和可靠的未來(lái)預(yù)測(cè)。此外，結(jié)合強(qiáng)化學(xué)習(xí)和在線適應(yīng)技術(shù)，讓機(jī)器人能夠在實(shí)際應(yīng)用中持續(xù)改進(jìn)自己的性能，也是一個(gè)重要的研究方向。

歸根結(jié)底，F(xiàn)1的成功證明了一個(gè)重要觀點(diǎn)：賦予機(jī)器人"想象未來(lái)"的能力，能夠從根本上提升它們?cè)趶?fù)雜動(dòng)態(tài)環(huán)境中的表現(xiàn)。這種技術(shù)突破不僅推動(dòng)了機(jī)器人學(xué)的發(fā)展，也為人工智能的進(jìn)步開(kāi)辟了新的道路。隨著技術(shù)的不斷成熟和完善，我們有理由期待在不遠(yuǎn)的將來(lái)看到更多具備預(yù)見(jiàn)能力的智能機(jī)器人進(jìn)入我們的日常生活，為人類社會(huì)的發(fā)展做出更大貢獻(xiàn)。

Q&A

Q1：F1機(jī)器人大腦與傳統(tǒng)機(jī)器人有什么根本區(qū)別？

A：傳統(tǒng)機(jī)器人只能根據(jù)當(dāng)前看到的情況做出反應(yīng)，就像一個(gè)近視眼只能看清眼前的東西。而F1能夠"預(yù)見(jiàn)未來(lái)"，它會(huì)先在腦海中想象執(zhí)行任務(wù)后的畫面，然后基于這個(gè)想象來(lái)指導(dǎo)行動(dòng)，就像經(jīng)驗(yàn)豐富的廚師能預(yù)判下一步需要做什么一樣。

Q2：F1的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率怎么樣？會(huì)不會(huì)經(jīng)常預(yù)測(cè)錯(cuò)誤？

A：F1在各種任務(wù)中的成功率都大幅超越傳統(tǒng)方法。比如在機(jī)器人遞交任務(wù)中達(dá)到73.3%成功率（傳統(tǒng)方法僅40%），在動(dòng)態(tài)環(huán)境抓取任務(wù)中達(dá)到80%成功率。雖然預(yù)測(cè)的視覺(jué)細(xì)節(jié)不夠完美，但任務(wù)邏輯預(yù)測(cè)非常準(zhǔn)確，足以指導(dǎo)機(jī)器人完成復(fù)雜操作。

Q3：F1技術(shù)什么時(shí)候能在日常生活中見(jiàn)到？有哪些實(shí)際用途？

A：F1目前已經(jīng)在三種不同機(jī)器人平臺(tái)上驗(yàn)證成功，未來(lái)將應(yīng)用于制造業(yè)的精密裝配、家庭服務(wù)機(jī)器人、餐飲服務(wù)、醫(yī)療輔助等領(lǐng)域。這項(xiàng)技術(shù)能讓機(jī)器人處理更復(fù)雜的任務(wù)，與人類更好協(xié)作，預(yù)計(jì)在幾年內(nèi)就能在專業(yè)領(lǐng)域看到應(yīng)用。