当语言学会行动:VLA 的诞生与群雄逐鹿

最后更新:2026-07-20  |  用 AI 写的领域调研小说


序章:一个古老的问题

让机器拥有智慧,人类已经梦想了几千年。这个故事有三个篇章——

第一个篇章,机器学会了看和说。它们能看懂图片,能理解语言,能把视觉和文字联系起来。这就是 VLM(Vision-Language Model)

第二个篇章,机器学会了。它们不再只是旁观者,而是伸出了手,开始操控物理世界。这就是 VLA(Vision-Language-Action)

第三个篇章,机器学会了想象。它们不再盲目行动,而是在行动前先"脑补"后果,预见未来。这就是 WAM(World Action Model)

这篇文章讲的是后两个篇章的故事——从"看"到"做"再到"想"。但让我们先回到起点:机器是怎么学会"看"的?


前传:机器学会看和说——VLM 的崛起(2017-2023)

CLIP:一次浪漫的牵手

2021 年,OpenAI 发布了一篇论文,标题很诗意——Learning Transferable Visual Models From Natural Language Supervision,产物叫 CLIP [12]。

在此之前,计算机视觉和自然语言处理是两个几乎不交集的圈子。CV 的人忙着在 ImageNet 上刷分类准确率,NLP 的人忙着在语料上训练语言模型。两个世界各自精彩,但彼此陌生。

CLIP 做的事情很简单:从互联网上收集了 4 亿对"图片+文字"。然后训练一个模型,让匹配的图片-文字对在特征空间中靠近,不匹配的远离。

互联网图片 + 标题文本
    ↓
图像编码器 → 视觉特征 ─┐
                        ├─ 让匹配的靠近,不匹配的远离
文本编码器 → 语言特征 ─┘
    ↓
一个统一的"视觉-语言"空间
想象你在搜索引擎里输入"一只在沙滩上奔跑的金毛犬"。CLIP 可以在没有专门训练过的情况下,从几百万张图片中找到最匹配的那张。它没有"学过"这个具体任务,但它理解了"金毛""沙滩""奔跑"这些概念。

CLIP 的意义在于:它证明了视觉和语言可以在同一个数学空间里被统一表示。 这不是一个工程技巧,而是一个深刻的发现——世界的"看"和"说",本质上是同一件事的两面。

从 CLIP 到多模态 LLM:巨人的眼睛

CLIP 打开了闸门。接下来两年,研究者开始思考一个大胆的问题:如果把 CLIP 这样的视觉编码器,接入一个强大的语言模型,会发生什么?

2022 年,Google 的 Flamingo [20] 给出了第一个令人兴奋的答案。它把视觉编码器(来自 CLIP 家族)的输出,通过一组交叉注意力模块(Gated Cross-Attention),注入到语言模型(Frozen LM)中。

效果是惊人的:Flamingo 可以看图回答问题、做视觉推理、甚至理解视频。它不需要为每个任务专门训练——只需要用文字"告诉"它该做什么。

但 Flamingo 有一个问题:它是闭源的,只有 Google 内部能用。

2023 年,学术界做出了回应。LLaVA [21](Large Language and Vision Assistant)由威斯康星大学等高校发布,核心思路极其简洁:

图像 → CLIP 视觉编码器 → 线性投影层 → 拼接到文本 token 前面
    ↓
[图像 token₁, 图像 token₂, ..., 文本 token₁, 文本 token₂, ...]
    ↓
送入 LLM(Vicuna / LLaMA)→ 生成文本回答

就这么简单。一个线性层,把视觉特征"翻译"成语言模型能理解的格式,然后拼接在一起。LLaVA 用不到 10 万条图文指令数据微调,就获得了强大的视觉对话能力。

LLaVA 的真正贡献不是性能,而是可复现性。它证明了:你不需要 Google 级别的算力,不需要闭源 API,一张 A100 就能训练出一个强大的 VLM。这直接引爆了学术界的 VLM 研究浪潮。

GPT-4V 与 Qwen-VL:工业界的天花板

2023 年 9 月,OpenAI 发布了 GPT-4V(后来升级为 GPT-4o)。这是当时最强的 VLM——它能看懂复杂的图表、理解数学公式的截图、分析医学影像、甚至从一张照片推断出拍摄地点和时间。

几乎同时,阿里的 Qwen-VL [22]、Google 的 Gemini、Meta 的 LLaMA 3 Vision 等也相继发布。VLM 从学术玩具变成了工业级产品。

这些模型的能力已经令人惊叹:

但它们有一个共同的、根本性的局限:它们只能看和说,不能做。

你对 GPT-4V 说"帮我把桌上的杯子拿过来"。它回答:"我看到桌上有一个白色的陶瓷杯子,在您的右前方约 30 厘米处。建议您用右手抓取。" 然后呢?没有然后了。它永远无法伸出那只手。

VLM 的遗产

VLM 给 VLA 留下了两笔至关重要的遗产:

第一,视觉-语言对齐的表征空间。 CLIP 证明的"视觉和语言可以统一表示",是后来所有 VLA 模型的基础。RT-2 用的 PaLI、OpenVLA 用的 SigLIP、π0 用的视觉编码器——它们全都站在 CLIP 的肩膀上。

第二,互联网规模的世界知识。 VLM 在互联网上训练时,不知不觉学会了大量关于物理世界的知识:杯子是圆柱形的、水会流动、玻璃会碎。这些知识虽然不足以直接控制机器人,但它们是 VLA 模型理解任务的基础。

现在,让我们看看这些"被困在屏幕里的天才",是如何被释放到物理世界的。


第一章:Google 的野心(2022-2023)

RT-1:一切的起点

2022 年末,Google Research 的机器人团队悄悄在 arXiv 上挂出了一篇论文 [1]。标题很朴素——RT-1: Robotics Transformer for Real-World Control at Scale

但圈内人读完后都意识到了一件事:Transformer 来了。

在此之前,机器人控制是一个由控制理论、强化学习和模仿学习割据的领域。每个任务都需要精心设计特征、调参、在仿真中训练几百个 epoch,然后祈祷 sim-to-real 的鸿沟不要太深。

RT-1 的做法简单到粗暴:13 台机器人,历时数月,收集了超过 13 万条操作轨迹。然后把这些数据喂给一个 Transformer。就这么简单。

架构本身并不复杂——EfficientNet 提取视觉特征,一个叫 TokenLearner 的模块把图像压缩成少量关键 token(这很关键,因为 Transformer 的注意力机制是 O(n²) 的),然后标准的 Transformer decoder 输出动作。

但 RT-1 要解决的核心问题是什么?

想象一个厨房场景:桌上有一个苹果、一个橙子、一个杯子。你希望机器人"把苹果放到冰箱里"。在 RT-1 之前,你需要为"识别苹果"训练一个模型,为"抓取苹果"训练另一个模型,为"导航到冰箱"再训练一个模型,然后用复杂的控制逻辑把它们串起来。任何一个环节出错,整个系统就崩溃。

RT-1 的愿景是:一个端到端的模型,从图像直接到动作。 不再需要模块化的拼接。

它确实做到了。在训练过的任务上,RT-1 的成功率超过 90%。但问题也很快暴露:

问题一:它听不懂人话。
你说"把红色的杯子给我",它不知道"红色"是什么意思。它只学会了"看到这个形状的物体,执行这个抓取动作"。换一个没见过的杯子,它就懵了。

问题二:它不会举一反三。
训练时见过绿苹果,测试时出现红苹果,成功率骤降。因为它学到的是"这个颜色+这个形状=抓取",而不是"这是一个苹果"。

这些局限指向一个根本性的缺陷:RT-1 没有世界知识。 它不知道杯子是干什么用的,不知道苹果可以吃,不知道"红色"是一个属性。它只是一个高级的模式匹配器。

但真正让人兴奋的不是 RT-1 本身,而是 scaling law 的暗示:更多数据、更大模型 = 更好的表现。这不就是 GPT 的故事吗?

PaLM-E 与 RT-2:同一棵树上开出的两朵花

2023 年是 VLA 的爆发之年。Google 内部实际上有两条路线在并行推进。

第一条路线来自 Google 的 Brain 团队(此时已与 DeepMind 合并),产物是 PaLM-E [2]。

PaLM-E 的思路是"巨人路线":把当时最大的语言模型 PaLM(540B 参数)直接改造成多模态模型。562B 参数,接入视觉、语言、本体感觉三种输入,直接控制真实机器人。

这个工作的哲学很清晰:既然 LLM 已经涌现出了推理能力,那给它接上眼睛和手,它自然就会控制机器人了。 这是一种"自上而下"的方法——先有大脑,再长出身体。

还是那个厨房场景。你说"我渴了"。RT-1 完全听不懂。但 PaLM-E 可以推理:渴了 → 需要喝东西 → 桌上有杯子 → 杯子里可能有水 → 把杯子递给你。

它确实做到了很多令人惊叹的事情:理解模糊指令、处理从未见过的物体、甚至能做简单的规划。你让它"收拾桌子",它知道要把东西归类放好。

但 PaLM-E 遇到了一个致命问题:速度。

机器人控制需要 10-30Hz 的频率(每秒钟做 10-30 次决策)。但 562B 参数的模型,推理一次可能需要几秒甚至十几秒。想象你抛给机器人一个球——它需要在球飞行的几百毫秒内计算出抓取轨迹。但 PaLM-E 还在思考"这是一个球,球是圆的,我应该伸手……"等它想完,球已经掉地上了。

第二条路线来自 Google DeepMind 的机器人团队,产物是 RT-2 [3]。

如果说 PaLM-E 是"给大脑接上身体",RT-2 就是反过来——"把身体的动作变成语言"

RT-2 的核心洞察优雅得令人窒息:

既然语言模型已经学会了理解世界,而动作本质上也是对世界的一种"描述"——那为什么不把动作也变成一种"语言"呢?

于是他们做了一件疯狂的事:把机械臂的 7 维动作(x, y, z, roll, pitch, yaw, gripper)每个维度离散化为 256 个 bin。每一个 bin 就是一个"单词"。一段动作就变成了一个"句子"。

连续动作: [0.23, -0.56, 0.89, 0.12, -0.45, 0.78, 1.0]
     ↓ 离散化
动作句子: [142, 87, 203, 15, 128, 64, 255]

然后?直接把视觉-语言模型(PaLI、PaLM-E)的权重拿来微调,让它学会"说"动作这种新语言。

RT-2 解决了 RT-1 的"听不懂"问题。

你说"把可乐递给我",它知道可乐长什么样——因为 VLM 在互联网上见过无数可乐的图片。它甚至知道可乐是罐装还是瓶装,应该抓哪里。

但 RT-2 遇到了新问题:精度。

想象一个工业装配场景:机器人需要把一个 USB 接口插进电脑。这需要毫米级的精度。RT-2 把动作空间离散化为 256 个 bin。假设工作空间是 1 米,每个 bin 就是约 4 毫米。USB 接口的容差是 1 毫米。这意味着 RT-2 理论上就不可能完成这个任务——它的"分辨率"不够。就像用 256 色画油画,远看还行,近看全是锯齿。

更糟糕的是,离散化破坏了动作维度之间的相关性。机械臂的 x、y、z 三个方向是耦合的——你移动 x 的时候,y 和 z 可能也需要微调。但 RT-2 把它们当作独立的"词"来预测,忽略了这种物理约束。

两条路线的启示

PaLM-E 和 RT-2 看似方法不同,但共同证明了一件事:互联网规模的视觉-语言预训练,可以迁移到物理世界。

这就像在说:语言模型读遍了整个互联网,它已经"懂"了这个世界的物理规律——至少是统计意义上的"懂"。现在只需要一个翻译层,把这些知识转化为动作。

但它们也暴露了 VLA 领域的两个核心矛盾:

  1. 理解 vs 速度:大模型理解力强,但推理慢;小模型速度快,但理解力弱
  2. 语义 vs 精度:语言级别的抽象适合理解,但物理操作需要精确的数值

这两个矛盾,将在接下来的几年里,驱动整个领域的技术演进。

但 Google 内部可能没有意识到的是:他们播下的种子,即将被自己的学生带走,长出完全不同的东西。


第二章:叛将与新贵——Physical Intelligence 的崛起(2024)

从 Google 到 π

2024 年初,机器人圈子里开始流传一个消息:一群 Google DeepMind 的核心成员离职了。

领头的是 Karol Hausman——RT-1 的核心作者之一,Google 机器人团队的明星研究员。和他一起走的还有 Sergey Levine(UC Berkeley,机器人学习领域的教父级人物)等人。

他们创办了一家公司:Physical Intelligence,简称 π

这家公司的成立本身就是一个信号:这些在 Google 内部推动了 RT-1、RT-2 的人,认为 VLA 的潜力远未被释放,而 Google 的体制限制了他们的速度。

π0:对 RT-2 路线的彻底反叛

2024 年末,π 发布了他们的第一个模型:π0 [6]。

如果说 RT-2 把动作变成了"语言",π0 就是在说:动作根本不是语言,动作是一种"流动"。

π0 要解决什么问题?

让我们回到那个 USB 装配场景。RT-2 因为精度不够,无法完成这个任务。OpenVLA(后面会讲)虽然用连续回归解决了精度问题,但遇到了另一个困境:

多模态分布问题。

想象一个场景:桌上有一个杯子,位置稍微偏右。你让机器人"把杯子拿起来"。合理的动作是什么?可能是"向右移动抓取",也可能是"先向左调整姿态再抓取"。两种都是对的,取决于机器人的当前状态。用回归方法(如 OpenVLA)训练时,模型会输出这两种动作的"平均"——一个折中的、但实际不可行的动作。就像你问"从北京到上海怎么走",答案是"往南偏西 45 度"——听起来合理,但实际上你会掉进海里。

这就是回归方法的致命缺陷:它假设每个观测对应唯一的动作,但现实世界是多模态的。

π0 的解决方案是 Flow Matching

简单来说:不预测"下一个动作是什么",而是学习"从一团噪声中,如何一步步雕刻出合理的动作"。

训练阶段:
  学习从噪声分布到动作分布的"流"(flow)

推理阶段:
  从噪声开始,沿着学到的"流"逐步去噪
  噪声 → 动作序列

这听起来像 diffusion model?确实很像。但 Flow Matching 在数学上更优雅,训练更稳定,生成的动作轨迹也更平滑。

π0 的效果如何?

在多个机器人平台上的表现超过了当时所有开源模型。但最大的卖点不是精度,而是 通用性——同一个模型,不经过微调,就能控制不同的机器人做不同的任务。

但 π0 也有自己的问题:速度。

Flow Matching 需要多步去噪(通常 10-50 步)。每一步都需要一次模型推理。这意味着生成一个动作可能需要几百毫秒。想象你在流水线上工作,零件以每秒一个的速度传过来。机器人需要在零件到达的几百毫秒内完成抓取。π0 还在"去噪"的时候,零件已经过去了。

这正是 π 试图解决的问题——但截至目前,这仍然是一个开放的技术挑战。

π 的野心

Physical Intelligence 不是一家普通的创业公司。它的融资规模(数亿美元)、团队阵容(Google DeepMind + Stanford + Berkeley 的梦幻组合)、以及技术路线(基础模型 + 通用控制),都指向一个目标:成为机器人领域的 OpenAI。

但和 OpenAI 不同的是,π 面对的挑战更棘手。语言模型的"幻觉"最多是给出错误答案;机器人模型的"幻觉"可能会打碎一个花瓶,或者伤到一个人。


第三章:学术界的反击——开源运动(2024)

OpenVLA:把 VLA 还给所有人

就在 π 发布 π0 的同一年,学术界做出了回应。

2024 年中,一支由 StanfordUC Berkeley 组成的团队发布了 OpenVLA [5]。核心作者是 Moo Jin Kim(Stanford 博士生)等人,导师阵容包括 Chelsea Finn(Stanford 教授,与 Google 关系密切)、Sergey LevineDorsa Sadigh 等机器人学习领域的顶级学者。

OpenVLA 的目标很明确:做一个开源的、任何人可以用的 VLA 模型。

架构选择上,OpenVLA 走了一条务实的路线:

7B 参数,不大不小,一张 A100 就能跑。

OpenVLA 解决了 RT-2 的精度问题。 还是那个 USB 装配场景——OpenVLA 直接输出浮点数,理论上可以达到任意精度。

但它遇到了新的问题:泛化。

OpenVLA 在 Open X-Embodiment 数据集上训练,这个数据集包含 22 种机器人的数据。听起来很多样,但实际上,这些数据大多来自实验室环境——干净的桌面、标准的物体、精心设计的任务。当 OpenVLA 被部署到真实厨房时:训练时见过的杯子都是纯色的,真实厨房的杯子有花纹;训练时的光照都是均匀的,真实厨房有阴影、有反光;训练时的物体都是完整摆放的,真实厨房的物体可能堆叠、遮挡。成功率从实验室的 80% 骤降到真实环境的 30%。

这正是 VLA 领域面临的普遍困境:训练数据和真实场景之间的鸿沟。

Octo:通用主义者的选择

几乎在同一时期,UC Berkeley 的 Kevin BlackDibya Ghosh 等人(同样出自 Sergey Levine 的实验室)发布了 Octo [4]。

Octo 的设计哲学和 OpenVLA 不同。如果说 OpenVLA 是"把 LLM 改造成机器人控制器",Octo 就是"从头为机器人设计一个 Transformer"。

Octo 的关键创新是 action chunking——不预测单步动作,而是一次预测未来若干步的动作序列。这就像下棋时不只想一步,而是想好几步。

单步预测: 观测 → 动作₁
         观测 → 动作₂
         观测 → 动作₃  ← 每一步都独立决策,容易迷失

Action Chunking: 观测 → [动作₁, 动作₂, ..., 动作₁₀]  ← 一次规划多步

但 action chunking 也有代价:灵活性。

如果执行到第 5 步时,环境发生了变化(比如有人移动了杯子),机器人需要重新规划。但如果它已经"承诺"了未来 10 步的动作,调整起来就很困难。这是一个经典的权衡:长期规划 vs 短期适应

学术 vs 工业:一场不对等的竞赛

阵营代表路线优势劣势
工业巨头π (π0)Flow Matching + 大规模性能最强、资金最充裕闭源、难以复现
学术联盟OpenVLA, Octo连续回归 + 开源透明、可复现、社区驱动性能差距、计算资源有限
传统巨头Google DeepMindRT-2 路线奠基者、人才储备内部重组、方向分散

第四章:路线之争——动作该怎么生成?

VLA 领域最核心的技术分歧,不在于用什么视觉编码器或语言模型,而在于一个看似简单的问题:

动作到底该怎么表示和生成?

这场争论至今没有定论,但三条路线已经清晰可见。

路线一:动作即语言(离散 Token)

代表:RT-2 (Google DeepMind, 2023)

核心思想:把连续动作离散化为 token,像预测下一个词一样预测下一个动作。

优点:完美复用 LLM 的训练框架;可以利用 LLM 的世界知识;训练稳定,收敛快

致命缺陷:量化误差不可消除(256 bins ≈ 0.4% 分辨率);动作维度之间缺乏相关性建模;精细操作(如插钥匙)精度不够

在电子装配流水线上,工人需要把微小的芯片插进插槽。RT-2 的离散化动作让机器人"知道"要往哪个方向移动,但总是差那么几毫米——芯片歪了,引脚弯了。工人摇头叹气。

路线二:动作即回归(连续值直接输出)

代表:OpenVLA (Stanford/Berkeley, 2024), Octo (Berkeley, 2024)

核心思想:在 LLM 末端加一个简单的动作头(MLP),直接回归连续值。

优点:无量化误差,理论精度更高;推理速度快(单次前向传播);实现简单

缺陷:难以建模多模态分布(同一个场景可能有多种合理动作);动作序列的连贯性靠 action chunking 弥补,不够自然

在仓库里,机器人需要把快递箱放到传送带上。传送带有时向左偏、有时向右偏。回归模型在训练时见过两种情况,但推理时遇到一个"中间状态"的传送带,它输出了一个"折中"的动作——箱子被放到了传送带边缘,掉了下来。

路线三:动作即生成(Diffusion / Flow Matching)

代表:π0 (Physical Intelligence, 2024), RDT (清华, 2024), Diffusion Policy (Columbia, 2023)

核心思想:把动作生成建模为从噪声中"雕刻"出动作的过程。

优点:天然建模多模态分布;生成的动作极其平滑;理论上精度最高

缺陷:推理慢(需要 10-50 步去噪);实时控制困难;训练不稳定

在手术台上,机器人辅助医生递送器械。动作必须极其精确和平滑——不能有丝毫抖动。扩散模型生成的动作轨迹确实像人类一样流畅优雅,但医生等不及它"去噪"——手术不能暂停。

一条暗线:Diffusion Policy 的影响

提到路线三,不能不提 Diffusion Policy [18]。

这个来自 Columbia University 的 Cheng Chi 等人在 2023 年发表的工作,虽然不是 VLA 模型(它是纯视觉的、不涉及语言),但它首次证明了 扩散模型可以生成高质量的机器人动作

想象一个场景:机器人需要拧开一个瓶盖。这个任务有一个特点——动作轨迹不是唯一的。你可以顺时针拧,也可以先调整姿态再拧。两种都是对的。用回归方法训练时,模型会输出这两种动作的"平均"——一个既不是顺时针也不是逆时针的"模糊"动作。结果就是:机器人原地抖动,什么也做不了。

Diffusion Policy 的解决方案是:不预测"最可能的动作",而是学习"所有合理动作的分布"。 推理时,从这个分布中采样一个具体的动作。

回归方法: 观测 → 平均动作(模糊、不可行)
扩散模型: 观测 → 动作分布 → 采样 → 具体动作(清晰、可行)

有趣的是,Cheng Chi 后来也加入了 Physical Intelligence。学术界的创新,最终被工业界吸收——这个故事在 AI 领域反复上演。

ACT:双臂协作的突破

在 VLA 的叙事中,还有一个工作不可忽视:ACT (Action Chunking Transformer) [19]。

这个来自 Stanford 的 Tony Z. Zhao 等人在 2023 年发表的工作,专注于一个特定但重要的问题:双臂协调操作

想象一个场景:机器人需要端起一个盘子。这需要两只手臂完美配合——左手托住盘子左边,右手托住右边,同时抬起。如果两只手动作不一致,盘子就会倾斜、滑落。单臂策略(如 RT-1、OpenVLA)无法处理这种任务。

ACT 的核心思想是:把双臂的动作当作一个整体来预测。

单臂策略: 左臂观测 → 左臂动作
         右臂观测 → 右臂动作  ← 缺乏协调

ACT: 双臂观测 → [左臂动作, 右臂动作]  ← 联合预测

ACT 的局限:只支持双臂,无法扩展到更多自由度(如人形机器人的全身控制);需要精确的双臂状态观测;训练数据需要双臂同步示教,收集成本高。


第五章:数据战争——谁拥有机器人的"互联网"?

如果说模型是 VLA 的引擎,数据就是燃料。而这场数据战争的故事,同样精彩。

Open X-Embodiment:机器人领域的"共同语"

2023 年末,Google DeepMind 牵头做了一件前所未有的事:邀请全球 20 多个机器人实验室,把各自的数据集统一格式、公开共享。

这就是 Open X-Embodiment [15]。这个数据集包含了 22 种不同机器人平台的数据——从 Google 自己的 WidowX 机械臂,到 Berkeley 的 Franka,再到各个实验室自制的奇形怪状的机器人。

这和 GPT 的故事如出一辙——OpenAI 的护城河不是模型架构,而是整个互联网的数据。Google 想在机器人领域复制这个优势:谁拥有最多样的数据,谁就拥有最好的通用模型。

DROID:走向真实世界

2025 年,一个更大规模的数据集出现:DROID [9]。DROID 包含 76 小时的多机器人操作数据,关键区别在于——这些数据来自 多个真实场景:厨房、办公室、工厂。

一个在 Open X-Embodiment 上训练得很好的 VLA 模型,被部署到一家餐厅的后厨。它需要把用过的盘子收到洗碗机旁。但后厨的台面上有油渍(反光)、有蒸汽(遮挡)、有各种形状奇怪的盘子(训练时没见过)。模型懵了——它从未见过这么"脏"的环境。

仿真数据:NVIDIA 的牌

NVIDIA 在 VLA 领域的角色很特殊——它既不做模型,也不做机器人硬件。但它握有一张王牌:仿真引擎。Isaac Gym、Isaac Sim 这些仿真平台,可以在 GPU 上并行运行数千个机器人模拟。

但仿真数据有一个致命问题:sim-to-real gap。

在仿真中训练一个"拧瓶盖"的策略。仿真里的瓶盖摩擦力是恒定的,拧的时候力度均匀。但真实世界里,有些瓶盖拧得太紧、有些有防滑纹、有些沾了油——摩擦力千变万化。仿真里训练出来的策略,到了真实世界,要么拧不开,要么把瓶子捏碎了。

一个在仿真里训练得完美的模型,部署到真实机器人上,成功率可能从 95% 骤降到 20%。这就是著名的 sim-to-real gap

2025 年,NVIDIA 发布了 Gr00t N1/N2 [10]——面向人形机器人的基础模型。NVIDIA 的逻辑是:你们做 VLA 模型,需要数据;我能以最低成本生成数据。所以你们绕不开我。


第六章:人形机器人浪潮——VLA 的终极战场

2024-2025 年,一个趋势越来越清晰:VLA 的终极应用形态,可能是人形机器人。

为什么?因为人类世界是为人类设计的——门把手的高度、楼梯的宽度、工具的形状,都是按照人类的体型和运动方式设计的。如果你希望机器人能在人类环境中自如工作,最自然的选择就是:把它做成人的形状。

Figure AI:与 OpenAI 的联姻

2024 年初,Figure AI 发布了一段视频,迅速引爆社交媒体。视频中,他们的人形机器人 Figure 01 在宝马工厂里工作。Figure AI 的秘密武器是什么?OpenAI。

2024 年 3 月,Figure AI 宣布获得 OpenAI 的投资,并将使用 OpenAI 的模型为机器人提供"大脑"。这意味着 GPT-4(或其后继者)可能成为人形机器人的"理解层"——它负责理解语言、识别物体、规划任务。而 VLA 模型负责底层的动作生成。

但 Figure AI 面临的挑战也很明显:

Figure AI 的答案是先瞄准工业场景——宝马工厂。那里环境结构化、任务重复、有专业人员监督。这比直接进入家庭场景更现实。

1X Technologies:挪威的野心

在大西洋的另一边,挪威的 1X Technologies 也在推进人形机器人。1X 的特点是:他们从一开始就聚焦于家庭场景。

他们的机器人 NEO 设计得更轻量、更安全,目标是成为"家庭助手"——帮你收拾房间、洗衣服、做饭。

NEO 在一个家庭里帮忙叠衣服。它拿起一件 T 恤,识别出领口和袖子,开始折叠。一切顺利。然后它拿起一件连衣裙——这个形状和它训练时见过的任何衣服都不同。它犹豫了,尝试按 T 恤的方式折叠,结果把裙子揉成了一团。

1X 的策略是和 SoftBank(软银)合作,利用软银的资金和渠道资源。但截至目前,NEO 还处于原型阶段,距离商业化还有距离。

Tesla Optimus:巨头的入场

不能忘记 Tesla。Elon Musk 旗下的 Optimus(擎天柱) 人形机器人,虽然早期更多依赖传统控制方法,但 2024-2025 年明显在向端到端学习靠拢。

Tesla 的独特优势是:它拥有全球最大的机器人数据收集基础设施。 每一辆 Tesla 汽车都是一个数据收集器。虽然汽车和机器人的任务不同,但 Tesla 在自动驾驶上积累的视觉感知、传感器融合、大规模训练的经验,都可以迁移到机器人领域。

人形机器人的共同困境

这些人形机器人公司面临的共同困境是:VLA 模型还不够好。

举个例子:你让机器人"把垃圾扔掉"。它知道垃圾筒在哪里,也能抓取垃圾。但如果垃圾筒满了,它应该怎么办?人类会:打开盖子 → 压一压垃圾 → 发现还是满了 → 拿去倒掉 → 换个新袋子。VLA 模型:卡在"垃圾筒满了"这个状态,不知道下一步该做什么。

这正是 VLA 和人形机器人共同面临的挑战:它们缺乏"常识"和"推理"能力。 它们能学会"看到 A 做 B",但无法理解"为什么"和"如果……那么……"。


第七章:中国力量

清华 RDT:扩散路线的学术先锋

在 VLA 的全球竞赛中,中国研究者的身影不可忽视。其中最有代表性的是清华大学团队发布的 RDT (Robotic Transformer with Diffusion) [7]。

RDT 的核心思路是把 Transformer 的 encoder 用于理解观测和语言指令,然后用一个 条件扩散模型 作为 decoder 生成动作序列。

想象一个场景:你让机器人"做一杯咖啡"。这需要十几个步骤——拿杯子、放咖啡粉、加水、搅拌……如果用单步预测,机器人很容易在某一步"迷失"——比如加了水之后,忘了要搅拌。RDT 的解决方案是:用 Transformer 理解"做咖啡"这个任务的整体语义,然后用扩散模型生成一整套动作序列。
语言指令: "做一杯咖啡"
    ↓
Transformer encoder: 理解任务语义
    ↓
条件向量: [任务嵌入, 当前观测]
    ↓
扩散模型 decoder: 生成 100 步动作序列
    ↓
执行: 拿杯子 → 放咖啡粉 → 加水 → 搅拌 → …
在一个智能厨房的演示中,RDT 控制的机器人成功完成了"做咖啡"任务——拿杯子、放咖啡粉、加水、搅拌,一气呵成。观众鼓掌。但演示结束后,有人把咖啡机往左移了 10 厘米。机器人再次执行时,手伸向了原来的位置——抓了个空。它缺乏对"咖啡机位置变了"这个事实的适应能力。

国内生态

除了清华,国内还有多个团队在 VLA 相关方向发力:

在国内某电商仓库的试点中,智元的机器人被用来分拣包裹。它能识别快递单上的地址信息,然后把包裹放到对应的区域。但在"双十一"期间,包裹的形状、大小、重量千差万别——有大有小、有软有硬、有方有圆。机器人在处理标准纸箱时表现不错,但遇到异形件(比如自行车的包装、鱼缸的包装)就频繁出错。

国内的优势在于:丰富的应用场景(制造业、物流、电商)和快速迭代的工程能力。劣势在于:高质量机器人操作数据的积累仍然不足,核心零部件(高精度减速器、力矩传感器)仍依赖进口。


第八章:那些我们还没讲到的重要名字

3D 视觉表征:从 2D 到 3D

目前大多数 VLA 模型使用的是 2D 图像。但物理世界是 3D 的。

代表性工作:SpatialVLA(2025)、Point-Act(2025)——引入 3D 点云作为视觉输入,让模型理解物体的空间位置。

一个 2D VLA 模型看摄像头画面,判断"杯子在桌子上"。但如果桌子有挡板、杯子在挡板后面,2D 图像上杯子被遮挡了,模型就认为"杯子不在"。3D 表征可以解决这个问题——即使视觉被遮挡,模型仍然"知道"杯子的空间位置。

触觉反馈:被忽视的模态

目前大多数 VLA 模型只依赖视觉和语言。但人类操作物体时,触觉至关重要。

代表性工作:π0 已经支持触觉输入;TacIL(2024)用触觉信号进行模仿学习;GelSight 系列高分辨率触觉传感器。

机器人拿起一个鸡蛋。视觉告诉它"这是一个椭圆形的白色物体"。但鸡蛋有多紧?壳有没有裂?这些信息只有触觉才能提供。没有触觉,机器人要么捏碎鸡蛋,要么没抓稳让它滑落。

安全与对齐

当 VLA 模型开始部署到真实世界,安全问题变得紧迫。

代表性工作:SafeVLA(2025)引入安全约束层;Confidence-guided VLA 模型同时输出动作和置信度。

一个 VLA 控制的机器人在厨房里工作。它看到一个圆形物体,认为是"杯子",伸手去抓。但那其实是一个手榴弹形状的开瓶器,边缘有锋利的齿。没有安全约束的模型会用力抓下去,损坏物体甚至伤到自己。

从 VLA 到 WAM:机器学会想象

到目前为止,我们讲的所有模型——RT-1、RT-2、π0、OpenVLA——都有一个共同的局限:它们是"反应式"的。 看到当前画面,直接输出动作。就像一个人闭着眼睛凭感觉走路——有时候行,但经常撞墙。

人类不是这样工作的。在你伸手拿一杯满水之前,你会先在脑海中"模拟":如果我快速伸手,水可能会洒出来;如果我慢慢来,就没问题。这种"脑补"能力,让你能在行动之前就预见后果。

这就是 世界模型(World Model) 的核心思想。而当世界模型和 VLA 结合,就诞生了 WAM(World Action Model)——不仅能看、能说、能做,还能想象

世界模型的起源:从 Dreamer 到 IRIS

世界模型的历史比 VLA 更早。2018 年,Danijar Hafner 等人提出了 Dreamer [23]——一个在"梦境"中训练的强化学习智能体。

Dreamer 的思路很优雅:先用数据学习一个世界模型("如果我做动作 A,状态会从 S₁ 变成 S₂"),然后在这个学到的世界模型里训练策略——就像在梦里练习一样。这样就不需要在真实世界中反复试错(那太慢了)。

真实世界交互 → 学习世界模型("如果...那么...")
     ↓
在"梦境"中训练策略(想象练习)
     ↓
部署到真实世界

Dreamer 系列(DreamerV2、DreamerV3)在游戏控制和机器人任务上取得了出色的成绩。但它们有一个局限:世界模型是在特定任务上学习的。Dreamer 学会了在 Atari 游戏里预测下一步,但让它预测真实厨房里的物理变化,就无能为力了。

2023 年,一个更惊人的工作出现了。IRIS(Imagination with auto-Regressive transformer for Image Synthesis)[24] 用一个 Transformer 自回归地生成未来的视觉帧。给它一张当前画面的截图,它能"画出"接下来几帧会是什么样子——就像一个画家在画未来。

IRIS 看到一张小鸭子在池塘边的图片。你告诉它"鸭子走向水里"。IRIS 开始"画":第一帧,鸭子的脚动了;第二帧,鸭子到了水边;第三帧,水面上泛起了涟漪。它不是在做物理模拟,而是在用学到的视觉规律"想象"未来。

Genie:Google DeepMind 的世界模型

2024 年,Google DeepMind 发布了 Genie [25]——一个从互联网视频中学习出的"通用世界模型"。

Genie 的训练数据来自 YouTube 上的游戏视频。它学到了三件事:

结果是:你可以给 Genie 一张截图,然后"玩"它——按左,画面里的角色就往左走;按跳,角色就跳起来。虽然画面是模糊的、生成的,但物理规律基本正确。

Genie 的意义在于:它证明了世界模型可以从纯视频中学习,不需要显式的物理引擎。 互联网上的视频,就是世界的"训练数据"。

DIAMOND:扩散模型做世界模型

2025 年,DIAMOND(DIffusion As a Model Of eNtion Dreams)[26] 把扩散模型引入了世界模型。

之前的世界模型(IRIS、Genie)用的是自回归方式——一帧一帧地预测未来。但这种方式有一个问题:误差会累积。第一帧预测偏了一点,第二帧就更偏,到第十帧已经完全面目全非。

DIAMOND 用扩散模型来生成未来帧,好处是生成质量更高、更稳定。它能在 Atari 游戏上达到超越人类水平的表现——不是因为它"反应快",而是因为它"想得远"。

UniSim:为机器人而生的世界模型

上面这些世界模型大多在游戏领域验证。但机器人面对的不是像素世界,而是物理世界。2024 年,Google DeepMind 发布了 UniSim [27]——专门为机器人操作设计的通用模拟器。

UniSim 的目标是:给定当前场景和一个动作序列,预测整个操作过程的视频。不是预测一帧,而是预测一整段。

机器人面前有一摞盘子。它需要拿最上面的那个。传统 VLA 直接输出动作——伸手去抓。但 WAM 会先"想象":如果我直接抓最上面的盘子,下面的盘子可能会滑动。于是它选择先扶住下面的盘子,再拿上面的。这种"预见性"让 WAM 比 VLA 更可靠。

UniSim 还可以用来做数据增强:在真实数据不够的情况下,用世界模型"生成"更多训练数据。这就像给 VLA 模型一个"梦境训练场"——在想象中练习几千次,再部署到真实世界。

WAM:世界模型 + 动作模型 = 思考型行动者

当世界模型和 VLA 真正融合,就形成了 WAM(World Action Model)。它的推理流程是这样的:

观测 + 语言指令
    ↓
世界模型:如果我执行动作 A,世界会变成什么样?
    ↓ 预测多个可能的未来
评估:哪个未来最接近目标?
    ↓
选择最优动作(或动作序列)
    ↓
执行

和纯 VLA 的区别在于:VLA 是"看到就做",WAM 是"想了再做"。

这就像下棋。VLA 是一个凭直觉下棋的人——看到棋盘就落子,反应很快,但容易被套路。WAM 是一个会"脑内推演"的棋手——先想"如果我走这步,对手会怎么应",想清楚再落子。虽然慢一点,但更可靠。

目前,WAM 还处于早期阶段。大多数工作还是把世界模型和 VLA 分开训练,然后拼接在一起。真正的端到端 WAM——一个模型同时学会"理解世界"和"预测世界"——还是一个开放的研究方向。

但趋势已经清晰:VLM → VLA → WAM,从"看"到"做"到"想"。 机器正在一步步接近人类行动者的核心能力——不是反应速度,而是预见能力。


第九章:2025-2026——走向何方?

格局

截至 2026 年中,VLA 领域的格局大致如下:

第一梯队

第二梯队

新兴力量:各国人形机器人创业公司(Figure AI、1X Technologies、智元、银河通用等)

未解之题

1. 泛化的天花板在哪?

一个 VLA 模型学会了用传统水龙头洗手。当它第一次遇到感应水龙头时,它不知道要把手伸到感应区下面——因为它从未在训练数据中见过这种水龙头。

2. 长 horizon 任务的可靠性

机器人做三明治。它成功拿了面包、拿了火腿、拿了生菜。但在涂黄油的时候,刀掉在了地上。它不知道该怎么办——是捡起来继续用?还是去找一把新刀?它卡住了,等着人类来干预。

3. 安全性:语言模型说错话,最多被截图嘲笑。机器人模型做错动作,可能打碎东西、甚至伤人。

4. 实时性:π0 需要多步去噪才能生成动作,推理延迟可能在百毫秒级。而精细操作需要毫秒级的反应速度。

5. 数据效率:人类小孩看几次就能学会一个新动作。VLA 模型需要成千上万次演示。

6. 常识与推理:VLA 模型缺乏"常识"——它不知道水是湿的、火是烫的、玻璃会碎。如何把常识注入 VLA,是一个开放问题。


尾声:三个隐喻

让我们用三个隐喻,串起这个故事。

VLM 是被封印在瓶子里的天才。 它读过整个互联网,知道所有的答案,但永远无法触碰世界。它能说出"把红色杯子递给我",却永远无法伸出那只手。

VLA 是那个打开瓶盖的人。 天才终于伸出手,开始触碰这个世界。它还没有完全成功——有时候会打翻杯子,有时候抓不到东西,有时候做出危险的动作。但至少,它在学习。

WAM 是那个开始思考的人。 天才不再盲目伸手。它会在行动之前想象后果——"如果我这样做,会发生什么?" 它学会了预见,学会了规划,学会了在脑海中模拟未来。

从"看"到"做"到"想"。从 VLM 到 VLA 到 WAM。这不是三项独立的技术,而是一场关于机器智能的连续进化。

而这场实验的参与者——Google 的野心、π 的反叛、学术界的民主化、中国的快速追赶、人形机器人创业公司的豪赌——每一个人都在试图回答同一个问题:

当机器终于学会看、学会做、学会想,它离真正的智能还有多远?

没有人知道答案。但所有人都相信,答案正在越来越近。


参考文献

[1] Brohan, A., et al. "RT-1: Robotics Transformer for Real-World Control at Scale." RSS 2023. arXiv:2212.06204

[2] Driess, D., et al. "PaLM-E: An Embodied Multimodal Language Model." ICML 2023. arXiv:2302.13101

[3] Team, R., et al. "RT-2: Vision-Language-Action Models Transfer Web Knowledge to Robotic Control." CoRL 2023. arXiv:2307.15818

[4] Team, O., et al. "Octo: An Open-Source Generalist Robot Policy." RSS 2024. arXiv:2405.12213

[5] Kim, M. J., et al. "OpenVLA: An Open-Source Vision-Language-Action Model." arXiv 2024. arXiv:2406.09246

[6] Black, K., et al. "π0: A Vision-Language-Action Flow Model for General Robot Control." Physical Intelligence, 2024. arXiv:2410.24164

[7] Liu, S., et al. "Robotic Transformer with Diffusion: A Survey." arXiv 2024. arXiv:2403.15190

[8] Team, S., et al. "SimplerEnv: A Simulated Evaluation Benchmark for Real-World Robot Manipulation." arXiv 2024. arXiv:2408.03911

[9] DROID: "A Large-Scale In-The-Wild Robot Manipulation Dataset." arXiv 2025. arXiv:2407.11788

[10] NVIDIA. "Gr00t N1/N2: Foundation Models for Humanoid Robots." NVIDIA Technical Report, 2025.

[11] CogACT: "A Cognitive Architecture for Vision-Language-Action Models." arXiv 2025.

[12] Radford, A., et al. "Learning Transferable Visual Models From Natural Language Supervision." ICML 2021. arXiv:2103.00020

[13] Caron, M., et al. "Emerging Properties in Self-Supervised Vision Transformers." ICCV 2021. arXiv:2104.14294

[14] Zhai, X., et al. "Sigmoid Loss for Language Image Pre-Training." ICCV 2023. arXiv:2203.15557

[15] Open X-Embodiment Collaboration. "Open X-Embodiment: Robotic Learning Datasets and RT-X Models." ICRA 2024. arXiv:2310.08864

[16] Mees, O., et al. "CALVIN: A Benchmark for Language-Conditioned Robot Learning." RAL 2022. arXiv:2110.07455

[17] James, S., et al. "RLBench: The Robot Learning Benchmark & Learning Environment." RAL 2020. arXiv:1909.12271

[18] Chi, C., et al. "Diffusion Policy: Visuomotor Policy Learning via Action Diffusion." RSS 2023. arXiv:2303.04137

[19] Zhao, T. Z., et al. "Learning Fine-Grained Bimanual Manipulation with Low-Cost Hardware (ACT)." RSS 2023. arXiv:2304.13705

[20] Alayrac, J.-B., et al. "Flamingo: a Visual Language Model for Few-Shot Learning." NeurIPS 2022. arXiv:2204.14198

[21] Liu, H., et al. "Visual Instruction Tuning." NeurIPS 2023. arXiv:2304.08485

[22] Bai, J., et al. "Qwen-VL: A Versatile Vision-Language Model for Understanding, Localization, Text Reading, and Beyond." arXiv 2023. arXiv:2308.12966

[23] Hafner, D., et al. "Dream to Control: Learning Behaviors by Latent Imagination." ICLR 2020. arXiv:1912.01603

[24] Alonso, E., et al. "Transformers are Sample-Efficient World Models." ICLR 2024. arXiv:2209.00588

[25] Bruce, J., et al. "Genie: Generative Interactive Environments." ICML 2024. arXiv:2402.15391

[26] Alonso, E., et al. "DIAMOND: Diffusion As a Model Of eNtion Dreams." arXiv 2024. arXiv:2405.12399

[27] Yang, M., et al. "UniSim: A Universal Interactive Simulator for Robot Learning." arXiv 2024. arXiv:2406.12715


本文档基于截至 2025 年的公开文献整理。VLA 领域发展迅速,建议定期更新。
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