In-Context Robot Learning with VLM Agents
Dongzhou Cheng, Taoran Yi, Ye Fang, Xingwu Zhang, Fan Feng, Yixuan Li, Gengxiong Zhuang, Rongze Wang, Shuai Yang, Wei Song, Weizhi Xue, Minyan Wu, Jie Gui, Jiaqi Wang, Tong Wu
arXiv:2609.19138 · 2026-09-17 공개 · arXiv · PDF
vision-language-models in-context-learning robot-learning robot-control task-generalization real-robot-experiments gpt-policy context-compiler
Abstract
Enabling robots to adapt to unfamiliar environments as readily as humans remains a moonshot goal of embodied AI. No finite collection of demonstrations can cover every task and situation a robot will encounter, making the ability to learn from context at deployment essential for generalization. Such in-context learning (ICL), however, remains largely beyond the reach of existing robotic policies. The broad agentic capabilities of commercial vision-language models (VLMs), such as GPT-6 Astra, raise a compelling question: can these models learn from demonstrations, examples, and interaction feedback, then translate that information into executable and verifiable robot behavior from a new initial state without gradient updates or persistent changes to task-specific parameters? We introduce GPT-Policy, a general-agent framework for in-context robot learning. GPT-Policy integrates a context compiler that preserves task-relevant visual transitions, a VLM that proposes robot-tool actions, and a constrained controller that verifies and executes each action and reports its outcome. We evaluate its reliability and limitations through task success and efficiency metrics, matched comparisons across models, and controlled context ablations. In real-robot trials, human video demonstrations improve task completion even without robot action labels, while aligned action references yield further gains on contact-sensitive tasks. These findings position GPT-Policy as a step toward robot adaptation through in-context learning, providing an empirical foundation for translating the general-purpose capabilities of VLMs into physical behavior and clarifying the challenges that must be overcome for reliable deployment.
한국어 요약
한 줄 요약
GPT-Policy는 VLM을 활용한 실시간 컨텍스트 학습을 통해 로봇 행동을 생성하고 검증하는 새로운 로봇 학습 프레임워크이다.
핵심 기여도
- GPT-Policy는 VLM을 기반으로, 로봇이 새로운 상황에서 컨텍스트를 학습하고 행동을 생성하는 프레임워크를 제시함.
- 컨텍스트 컴파일러(Context Compiler)를 통해 시각적 전이(Task-Relevant Visual Transitions)를 보존하고, 제안된 행동을 실행 및 검증함.
- 실제 로봇 실험에서 인간 동영상 시연만으로도 작업 완료율이 향상됨.
- 접촉 민감 작업(Contact-Sensitive Tasks)에서 정렬된 행동 참조(Aligned Action References)가 추가적인 성능 향상 제공함.
핵심 아이디어
GPT-Policy는 기존 로봇 정책에서 요구되는 경사도 업데이트 없이, 컨텍스트 정보를 기반으로 행동을 생성하고 실행하는 새로운 접근법이다. 이는 VLM이 제공하는 일반적인 인지 능력을 로봇의 물리적 행동으로 전환하는 데 초점을 맞춘다. 핵심 아이디어는, 로봇이 실행 중에 제공되는 시연, 예시, 상호작용 피드백을 학습하여 새로운 초기 상태에서 실행 가능한 행동을 생성할 수 있다는 점이다. 이는 VLM이 시각적 전이와 행동 참조를 해석하고, 제한된 실행 계층(Constrained Controller)을 통해 검증 및 실행함으로써 가능하다.
기술적 접근법
GPT-Policy는 세 가지 주요 구성 요소로 구성된다:
- **Context Compiler**: 작업과 관련된 시각적 전이를 보존하고, 행동 참조를 제공함.
- **VLM (예: GPT-6 Astra)**: 현재 상황과 컨텍스트를 해석하고, 파라미터화된 로봇-도구 행동을 제안함.
- **Constrained Controller**: 제안된 행동을 검증하고 실행하며, 결과를 피드백하여 재계획을 지원함.
- **Cartesian Adapter**: 요청된 포즈 경로를 샘플링하고, 역기학(IK)을 해결하여 관절 참조에 타임스탬프를 할당함.
- **실행 루프**: VLM의 도구 요청 → 로봇 실행 → 피드백 → 다음 VLM 결정의 순환 구조를 통해 닫힌 루프 실행이 가능함.
주요 결과
- **Human Video Demonstrations**: 로봇 행동 라벨 없이도 작업 완료율이 향상됨.
- **Aligned Action References**: 접촉 민감 작업에서 추가적인 성능 향상이 관찰됨.
- **실험 결과**: 컨텍스트 정보가 작업 성공률을 높이고, 결정 횟수와 실행 시간을 줄임.
- **실험 환경**: 5가지 컨텍스트 패밀리(교차-임베디먼트 모방, 접촉 민감 조작, 목표 이미지 추적, 능동 탐색, 인간-로봇 상호작용)에서 평가됨.
의의 및 한계
GPT-Policy는 VLM의 일반적 인지 능력을 로봇 행동으로 전환하는 기초를 제공하며, 실시간 컨텍스트 학습을 위한 구조적 틀을 제시한다. 그러나, 정확한 접촉, 신뢰성 있는 결과 검증, 물리적 안전성 등 실행 단계에서의 문제는 여전히 해결되지 않았다. 또한, VLM이 제공하는 컨텍스트 해석이 항상 실행 계층에서 올바르게 반영되지 않을 수 있으며, 이는 로봇의 신뢰성 있는 배포를 위한 주요 과제이다.
실용적 활용
GPT-Policy는 로봇이 새로운 작업 환경에서 실시간으로 학습하고 적응할 수 있도록 지원하므로, 제조, 물류, 서비스 로봇 분야에서 유용하게 활용될 수 있다. 특히, 인간 시연을 기반으로 빠르게 작업을 수행하는 로봇 시스템 개발에 기여할 수 있다.