AI机器人学会"边走边问路"：上海AI实验室让机器人变身超会聊天的家庭助手

这项由上海AI实验室的黄文思、朱绍昊等研究人员联合中科大、浙江大学、香港大学共同完成的突破性研究，发表于2025年12月的计算机视觉与模式识别领域。研究团队开发了一个名为VL-LN的全新基准测试平台，让机器人不仅能在家里四处走动寻找物品，还能像人类一样主动提问来获得帮助。有兴趣深入了解的读者可以通过论文编号arXiv:2512.22342v1查询完整论文。

想象一下，你的朋友让你去他家找一把椅子，但他家里有七八把不同的椅子，你完全不知道要找的是哪一把。这时候你肯定会问"是哪把椅子啊？是客厅那把红色的还是书房那把木头的？"这正是现在机器人面临的困境，也是这项研究要解决的核心问题。

传统的机器人导航系统就像是一个只会按照详细地图行走的快递员，必须有非常明确的指令才能工作。比如说，如果你告诉机器人"去找客厅里那把深灰色的带黑色靠背的椅子，它立在电脑和电视附近的木地板上"，机器人就能准确找到。但现实生活中，人们通常只会说"帮我拿个椅子"这样简单的话，这就让机器人犯了难。

研究团队把这个问题称为"交互式实例对象导航"，简单来说就是让机器人学会在收到模糊指令时主动提问，就像一个聪明的助手一样。他们创建了一个虚拟的训练环境，里面有90个不同的房子，包含了20000多个各种物品，就像是为机器人建造了一个巨大的练习场。

整个训练过程就像教小孩学会问路一样。研究团队设计了三种不同类型的问题让机器人学会使用。第一种是属性问题，就像问"这个椅子是什么颜色的？"或"它是什么材质的？"第二种是路线问题，比如"我应该往哪个方向走？"或"目标在哪个房间？"第三种是确认问题，当机器人看到可能的目标时会问"这是你要的那个吗？"

为了让机器人练习这些技能，研究团队开发了一套自动化的数据收集系统。这个系统就像是一个超级高效的私人教练，能够在虚拟环境中模拟各种真实场景。系统会让机器人在不同的房间里寻找各种物品，遇到困难时自动生成合适的问题，然后从一个全知的"虚拟助手"那里获得答案。

这个虚拟助手的角色非常关键，它就像是一个耐心的老师，知道房子里每样东西的准确位置和详细信息。当机器人问属性问题时，助手会详细描述物品的颜色、材质、形状等特征。当机器人问路线问题时，助手会提供类似"往前走，看到棕色桌子后右转"这样的导航指令。当机器人需要确认时，助手会简单回答"是的"或"不是"。

通过这种方式，研究团队收集了超过4万个包含对话的机器人行走轨迹，创建了迄今为止最大规模的此类数据集。每个轨迹都记录了机器人的完整行走路线以及沿途的所有对话内容，就像是详细的学习笔记。

一、让机器人变身聊天高手的训练秘诀

整个训练过程可以比作培养一名优秀的导游。研究团队首先需要让机器人学会基础的"看"和"走"技能，然后再教它如何"说话"和"提问"。

机器人的"眼睛"配备了RGB-D相机，能够同时看到颜色信息和距离信息，就像人类的双眼一样。它的"大脑"则基于一个名为Qwen2.5-VL-7B-Instruct的先进语言模型，这个模型已经具备了理解图像和文字的基础能力。

训练过程分为三个递进的阶段。第一阶段让机器人学习基本的物体识别和房间导航，就像教小孩认识家里的各种物品和房间布局。第二阶段增加了复杂的目标查找任务，机器人需要根据详细描述找到特定的物品。第三阶段才是关键的对话训练，机器人学会在遇到困难时主动提问并理解回答。

为了确保训练效果，研究团队设计了一套巧妙的问题触发机制。当机器人刚开始执行任务时，它会随机询问一个关于目标物品属性的问题，这就像是在出发前先了解一下要找什么。当机器人在探索过程中选择了通往目标的最佳路径时，系统会触发路线问题，让机器人学会寻求导航帮助。当机器人看到与目标同类别的物品时，会触发确认问题，帮助它学会区分不同的实例。

这种训练方式的巧妙之处在于，它不是简单地让机器人记忆固定的问答模式，而是教会它根据具体情况灵活提问。就像培养一个真正聪明的助手，不仅要知道该问什么，更要知道什么时候问、怎么问。

二、打造虚拟世界中的完美测试环境

为了验证机器人的学习效果，研究团队构建了一个极其复杂的虚拟测试环境。这个环境基于真实的房屋数据，包含了90个不同风格和布局的完整住宅，每个住宅都有详细的房间划分和物品摆放。

虚拟环境的构建过程就像是创建一个超级详细的3D游戏世界。研究团队使用了名为MMScan的先进标注系统，为每个物品添加了丰富的属性信息，包括颜色、材质、形状、功能用途等。不仅如此，他们还建立了物品之间的空间关系图，记录哪些物品彼此靠近，哪些物品在同一个房间，这样机器人就能理解"电视旁边的椅子"这样的描述。

测试场景的设计非常贴近真实生活。研究团队为每个物品创建了两种不同的指令描述：一种是简单的类别指令，比如"找椅子"，另一种是详细的完整描述，比如"找到客厅里那把深灰色带黑色靠背、立在木地板上、靠近电脑和电视的椅子"。前者用于测试机器人的对话能力，后者用于对比测试传统方法的效果。

为了确保测试的公平性和可靠性，研究团队还开发了一套自动化的评估系统。这个系统能够实时判断机器人是否成功找到了目标，计算行走效率，评估对话质量，就像是一个公正的裁判员。

三、机器人学会提问后的惊人表现

经过训练的机器人展现出了令人印象深刻的能力提升。在最关键的交互式导航任务中，具备对话能力的机器人成功率达到了20.2%，比不会对话的版本提高了近6个百分点。虽然这个数字听起来不算太高，但考虑到任务的复杂性，这已经是一个显著的进步。

更重要的发现是，机器人学会了在不同情况下使用不同类型的问题。当它需要了解目标物品的特征时，会问属性相关的问题。当它在房间里迷路时，会寻求路线指导。当它看到疑似目标时，会主动确认。这种灵活的问题选择策略显示出机器人已经具备了一定的"智慧"。

研究团队还发现了一个有趣的现象：对话在不同任务中发挥的作用略有不同。在完全模糊的指令情况下（只说"找椅子"），对话的帮助更加明显，因为机器人可以通过询问获得关键的区分信息。而在有详细描述的情况下，对话虽然仍有帮助，但提升幅度相对较小，因为大部分必要信息已经在原始指令中提供了。

通过详细的错误分析，研究团队识别出了机器人面临的主要挑战。最大的困难来自于"看不准"，也就是视觉识别错误，占到了总失败案例的73%。这说明即使机器人能够正确理解对话内容，但在将文字描述与实际看到的图像进行匹配时仍然存在困难。第二大挑战是"走不对"，即探索策略不够优化，机器人有时会在错误的区域浪费太多时间。

四、真人测试揭示的有趣发现

为了更好地理解机器人的表现水平，研究团队进行了一系列对比实验，让真人和机器人在相同的任务中竞争。结果显示出了明显的性能差距：人类导航员在与人类助手配合时能达到93%的成功率，而机器人与虚拟助手配合时只能达到17%的成功率。

更有意思的是，研究团队还测试了不同的组合搭配。当人类导航员与虚拟助手配合时，成功率仍然高达91%，但平均需要近10轮对话，远多于人类之间的2轮对话。这说明虚拟助手虽然知识全面，但在理解和回应人类问题方面还不够自然流畅。

而当机器人与真人助手配合时，性能与机器人配虚拟助手的情况基本相当（16% vs 17%），这表明目前的瓶颈主要在机器人的理解和决策能力上，而不是助手的质量问题。

通过观察人类失败的案例，研究团队发现了几个关键的挑战。首先是"指代不清"的问题：当环境中有多个相同类型的物品时，简单的描述可能让人混淆。其次是"部分遮挡"的问题：目标物品可能被其他物品挡住，导致误判。最后是"探索失败"：在复杂的大房子中，即使是人类也可能在规定时间内找不到目标。

五、对话策略的精妙设计

研究团队发现，机器人的提问策略直接影响任务成功率。他们设计了一套渐进式的对话策略，让机器人能够根据获得的信息逐步缩小搜索范围。

当机器人收到"找椅子"这样的简单指令时，它会首先询问属性特征，比如"椅子是什么颜色的？"或"是什么材质的？"这类问题能够帮助机器人在众多同类物品中锁定目标。获得属性信息后，机器人开始探索，当它不确定方向时会询问路线信息，比如"我应该往哪边走？"

最有趣的是确认环节。当机器人看到符合描述的候选物品时，它不会贸然停下，而是会问"这是你要的那个吗？"这种谨慎的确认机制大大减少了错误停留的情况。

研究团队还测试了不同对话轮数的效果。结果显示，从0轮对话增加到2轮对话时，性能提升最为明显。但继续增加对话轮数的收益递减，这说明机器人已经学会了高效提问，不会无节制地"话痨"下去。

更令人欣慰的是，即使给机器人无限的对话机会，它平均也只使用1.76轮对话就能完成任务，显示出良好的效率意识。这种行为模式与训练数据中的对话频率分布一致，说明机器人成功学习到了合适的提问节奏。

六、技术突破背后的创新理念

这项研究的最大创新在于将传统的"被动导航"转变为"主动交互"。以往的机器人就像是一个只会按图索骥的工具，必须有详细准确的指令才能工作。而这项研究让机器人变成了一个会思考、会提问的智能伙伴。

研究团队采用了一种巧妙的"分层训练"策略。他们没有试图一步到位地让机器人同时学会导航和对话，而是先让机器人掌握基础的视觉理解和路径规划能力，然后再逐步增加对话功能。这种循序渐进的方法避免了训练过程中的相互干扰。

另一个重要创新是"情境化问题生成"机制。机器人不是随机提问，而是根据当前的具体情况选择最合适的问题类型。这种智能化的问题选择策略使得每次对话都更有针对性和实用性。

虚拟助手的设计也颇具匠心。它不仅拥有完整的环境知识，还能将抽象的位置信息转化为具体的自然语言指导。比如，它会说"往前走，看到棕色桌子后右转"，而不是提供冰冷的坐标数据。这种人性化的交互方式让整个系统更加自然友好。

数据收集的自动化管道也是一大亮点。通过这套系统，研究团队能够大规模生成高质量的训练数据，而无需人工标注每一个对话场景。这为未来的相关研究提供了可复制的技术路径。

七、现实应用前景与挑战

这项技术的潜在应用场景非常广阔。在家庭环境中，这样的机器人助手可以帮助老年人或行动不便的人士寻找物品，只需要简单描述就能获得帮助。在商业场所，机器人可以充当智能导购，根据顾客的模糊需求找到合适的商品。

然而，从实验室到实际应用还有不小的距离。目前最大的技术瓶颈仍然是视觉理解能力。即使机器人能够进行流畅的对话，但在"看"的环节还存在显著不足。当面对复杂的真实环境时，光照变化、物品遮挡、视角差异等因素都会影响识别准确性。

另一个挑战是对话的自然性。虽然机器人已经学会了基本的问答策略，但与人类的自然对话相比还有很大差距。人类的提问往往更加灵活多变，包含潜台词和上下文信息，这对机器人的理解能力提出了更高要求。

成本和效率也是实用化需要考虑的因素。目前的系统需要强大的计算资源来运行复杂的语言模型，这在家用机器人中可能不太现实。如何在保持性能的同时降低计算复杂度，是工程化过程中的重要课题。

八、对未来研究的启发意义

这项研究为机器人学习领域开辟了新的方向。它证明了对话交互不仅仅是一个辅助功能，而是可以实质性提升机器人任务性能的核心能力。这为未来的研究者指明了一条有前景的技术路径。

研究中提出的"交互式实例导航"概念很可能成为下一代智能机器人的标准功能。随着大语言模型技术的不断进步，机器人的对话能力有望得到进一步提升，最终实现真正自然的人机交互。

数据集的开源发布也为研究社区带来了宝贵资源。其他研究团队可以基于这个数据集开发更先进的算法，推动整个领域的快速发展。这种开放共享的研究模式对科技进步具有重要推动作用。

从方法论角度看，这项研究展示了如何有效结合传统的机器人技术与现代的人工智能技术。这种跨领域融合的思路为解决复杂的现实问题提供了新的可能性。

说到底，这项研究虽然在技术层面还有提升空间，但它代表的理念转变具有深远意义。从被动执行到主动交互，从固定程序到灵活对话，机器人正在向真正的智能助手方向发展。虽然距离科幻电影中的完美机器人伙伴还有差距，但这一步步的进步正在让那个未来变得越来越近。这种会"边走边问路"的机器人，也许很快就会成为我们日常生活中的得力助手，在我们需要帮助时伸出援手，用最自然的方式理解我们的需求并提供帮助。

Q&A

Q1：VL-LN基准测试平台是什么？

A：VL-LN是由上海AI实验室开发的机器人导航测试平台，它让机器人能够在收到模糊指令时主动提问获得帮助。就像教机器人学会问路一样，机器人可以询问"椅子是什么颜色的？"或"我应该往哪边走？"来完成寻找任务。

Q2：这种会对话的机器人比传统机器人强在哪里？

A：传统机器人需要非常详细准确的指令才能工作，而这种机器人能够处理"找椅子"这样的简单指令，通过主动提问来获取必要信息。在测试中，具备对话能力的机器人成功率达到20.2%，比不会对话的版本提高了近6个百分点。

Q3：这项技术什么时候能用到真实生活中？

A：目前还在实验室阶段，主要挑战是机器人的视觉识别能力，73%的失败案例都是因为"看不准"。虽然对话功能已经比较成熟，但要在复杂的真实环境中准确识别物品还需要进一步技术突破，预计还需要几年时间才能实用化。