long-horizon vision-language-action distribution-shift task-success robustness-evaluation vla-policies stage-aware simulator-grounded
Abstract
Vision-language-action (VLA) robustness is commonly summarized by aggregate task success, which obscures how individual executions change under distribution shifts and where failures emerge in long-horizon tasks. We introduce RoboCasa-Shift, a diagnostic robustness benchmark built on RoboCasa365 that combines controlled single-factor shifts, matched clean-perturbed rollouts in which each pair shares the same underlying settings and differs only in the target shift, and simulator-grounded stage-aware diagnostics. We evaluate GR00T N1.5 on four long-horizon tasks that pass a predefined clean-performance gate under four perturbation factors and three calibrated severity levels, including conditions that drive the evaluated policy to complete task failure, totaling 1,040 formal rollouts. Robustness responses vary substantially across factors and tasks, and increasing severity does not always produce monotonic degradation. For example, one camera condition yields ΔSR=0 despite 8 of 80 matched episodes changing outcome. Stage-aware analysis further shows that the same end-to-end degradation can correspond to different execution-depth profiles. Camera L_2 and Gaussian blur L_1 both yield ΔSR=0.188, yet their first-stage failure rates are 19.0\% and 36.4\%, respectively. Our findings suggest that VLA robustness should be viewed as a multi-dimensional property of execution rather than a single end-to-end performance measure, motivating evaluation protocols that jointly capture outcome degradation, paired outcome sensitivity, and failure progression. The code is publicly available at https://github.com/HaochengWang23/RoboCasa-Shift.
한국어 요약
한 줄 요약
RoboCasa-Shift는 장기적 가정 내 조작 작업에서 VLA 정책의 단계별 내구성 평가를 위한 새로운 벤치마크이다.
핵심 기여도
- RoboCasa-Shift: RoboCasa365 기반의 단계별 진단 내구성 벤치마크를 제안.
- GR00T N1.5를 4개의 장기 작업에서 4개의 방해 요인, 3단계 강도로 총 1,040개의 시뮬레이션 실행 평가.
- ΔSR=0.188을 기록한 Camera L₂와 Gaussian blur L₁은 각각 19.0%와 36.4%의 1단계 실패율 차이를 보임.
- 단일 종단-종단 성능 측정 대신 실행의 다차원 내구성 개념 제시.
핵심 아이디어
기존 VLA 내구성 평가가 종단-종단 성공률에 집중하여 단계별 실패 원인을 파악하지 못한다는 문제를 지적한다. RoboCasa-Shift는 동일한 설정에서 단일 요인만 변경한 clean-perturbed rollout을 통해 실패의 진단을 가능하게 한다. 또한, 시뮬레이터 기반의 stage-aware 진단을 통해 실행 깊이별 실패 패턴을 분석한다. 예를 들어, Camera L₂와 Gaussian blur L₁은 동일한 ΔSR을 보이지만, 1단계 실패율 차이가 17.4%에 달한다. 이는 내구성이 단일 지표가 아닌 실행 단계별로 다차원적이라는 통찰을 제공한다.
기술적 접근법
- **모델**: GR00T N1.5 평가.
- **데이터셋**: RoboCasa365 기반, 4개의 장기 작업.
- **방해 요인**: 4개, 강도 3단계.
- **실행 수**: 총 1,040개의 formal rollout.
- **하드웨어**: Blackwell GPU 사용, SDPA backend 적용 (FlashAttention 대체).
- **평가 지표**: ΔSR (성공률 변화), stage-aware 실패율.
주요 결과
- Camera L₂와 Gaussian blur L₁ 모두 ΔSR=0.188 기록.
- Camera L₂: 1단계 실패율 19.0%, Gaussian blur L₁: 1단계 실패율 36.4%.
- 8/80 매칭 에피소드에서 결과 변경에도 ΔSR=0 기록.
- 강도 증가가 항상 성능 저하를 유발하지 않음.
의의 및 한계
RoboCasa-Shift는 VLA 내구성을 단계별로 분석함으로써 종단-종단 성능 평가의 한계를 극복한다. 실패의 진행 경로와 민감도를 동시에 포착하는 새로운 평가 프로토콜을 제안한다. 그러나 본 연구는 GR00T N1.5 단일 모델에만 적용되었으며, 다른 VLA 정책의 일반화 가능성은 명시되지 않음. 또한, 실제 로봇 환경에서의 실험 결과는 포함되지 않았다.
실용적 활용
RoboCasa-Shift는 가정용 로봇, 서비스 로봇, 자동화 시스템 등에서 VLA 정책의 내구성 검증에 활용 가능하다. 특히, 장기 작업에서 단계별 실패 원인을 진단해 정책 개선에 기여할 수 있다.