arXiv 2507.09160 · v1 · 2025-07-12 · cs.RO

Tactile-VLA

Unlocking Vision-Language-Action Model's Physical Knowledge for Tactile Generalization

Jialei Huang*, Shuo Wang*, Fanqi Lin, Yihang Hu, Chuan Wen, Yang Gao(*共同一作)
清华大学 · 电子科技大学 · 上海交通大学

这篇在 π0 上接入指尖触觉,把目标力直接写进动作输出,再交给位置主导的混合控制器执行。作者的核心主张是:VLM 里本来就懂「轻 / 重、易碎 / 结实」这类物理语义,用几百条带触觉的示范把它接到真实的牛顿数上,模型遇到没训过的副词、没见过的物体、没见过的黑板,也能把力往对的方向调。

同一组副词,两个模型用了多大的力字重按实测力设置,1 N ≈ 267 级字重
Tactile-VLA
softly0.51 N
gently0.75 N
firmly1.98 N
rigidly2.42 N
hard2.57 N
harder2.94 N
π0(基线)
softly2.41 N
gently2.35 N
firmly2.72 N
rigidly2.53 N
hard2.68 N
harder2.29 N
数据:原文 Table 2,USB 插拔任务。带下划线的 softly 和 hard 在训练指令里出现过,另外四个词没训过。条长按 0–3 N 画。Tactile-VLA 的力随词义从轻到重排开,π0 在六个词上都落在 2.29–2.72 N 之间。每个数是多少次试验的均值,论文没写。
骨干
Gemma 2.6B(π0 初始化)+ 300M 动作专家
触觉
双指尖传感器,法向力 + 剪切力,100 Hz 采集
数据
UMI 手持夹爪采集,每个任务 100–300 条示范
评测
3 类真机任务,对比 π0-base、π0-fast
五分钟版

先把整篇论文压成四段

做了什么

给 π0 接上指尖触觉,让指令里的「轻一点 / 用力」变成具体的施力大小;再加一个 CoT 变体,失败时根据触觉读数自己找原因、改指令。

怎么做到

触觉历史经 MLP 压成 1 个 token,和图像、语言 token 一起进 VLM 前缀。动作专家同时输出目标位置和目标力。底层控制器把「力误差」折算成位置偏移去执行。

结果

插拔成功率 USB 35%、充电器 90%(π0-base 为 5%、40%)。四个没训过的副词,力按词义排开。6 个没见过的物体抓取成功率 80–100%。没见过的黑板上,CoT 版成功率 80%,两个基线都是 0。

读的时候要打的折扣

除抓取实验外都没写试验次数,力的均值没有方差。没有消融能把「VLM 先验」和「多了力通道和控制器」分开。只有 3 类任务、一种夹爪。

论文 §1 · 引言

VLA 知道「拿苹果」,不知道「轻轻地拿」

现有 VLA 依靠预训练的视觉语言骨干,在语义理解和任务规划上泛化很好。但接触密集的任务(插拔、抓易碎物、擦板)要控制的是力,而视觉和语言只给出高层语义。触觉能提供局部、随时间变化的接触信息,但作者指出,已有工作大多把触觉当作补充的感知输入,没有让它直接参与动作生成。

论文想推进的是 VLA 的「怎么做」:同样是 pick up the apple,模型要能区分 pick up the apple softly。作者把这个目标拆成三种能力,恰好对应第 3 节的三个实验:

  • 触觉相关的指令跟随:理解 softly、hard 这类力度副词,并迁移到只学过动作的新任务上(RQ1,§3.2)。
  • 触觉相关的常识:不给力度指令,看到物体就知道该用大力、中等力还是小力(RQ2,§3.3)。
  • 基于触觉的自适应推理:失败后根据触觉反馈用链式推理找原因,改变施力(RQ3,§3.4)。
原文 Figure 1:三列分别展示触觉相关的指令跟随、触觉常识、自适应触觉推理,每列上下两张实拍图对比。
原文 Figure 1三列对应三种能力。(a) 上图是训练里学过的「轻插 USB」,下图是在只学过动作的充电器任务上执行「用力拔」。(b) 夹重铁球用大力,夹火龙果用小力。(c) 换到黑板后默认力擦不掉,推理后加大向下的压力。看哪里:图中箭头的长短表示施力大小。注意 (b) 把火龙果标成 Unseen Object,但 Table 3 和 Figure 5 都把火龙果列为训练内物体,见「疑点」一节。
论文 §2.1 · 策略结构与训练

相对 π0,只改了三处

Tactile-VLA 的骨架就是 π0:预训练 VLM 处理前缀,一个动作专家用流匹配生成动作。作者的改动集中在三个地方,外加一个推理变体。

① 触觉进前缀

最近 H 步触觉读数拼接后经 MLP 压成 1 个 token,与 H 帧图像 token、语言 token 拼成前缀,前缀内部做非因果注意力。

② 力进动作空间

动作专家输出的 at 同时包含目标位置 Ptarget 和目标接触力 Ftarget,两者都由示范监督,用 CFM 损失一起训练。

③ 底层混合控制器

位置主导:力误差超过阈值 τ 时,按增益 K 折算成位置修正,再由 PID 跟踪。外部合力和夹持力分两个通道控制。

下面是按 Figure 2 重画的结构图。点击任意模块,可以看到论文对它的原文描述和我们的注解。数据流从上往下读。

↓
↓
↓
↓
↓
↓
↓
↓
↓
原文 Figure 2:Tactile-VLA 架构图。图像、指令、触觉信号、本体状态分别编码,前三者进入 Gemma 2.6B,动作专家 300M 输出给混合控制器。
原文 Figure 2从下往上读:四路输入各自编码,图像、指令、触觉三路进入 Gemma 2.6B,本体状态接动作专家(300M),动作专家的输出交给右侧的混合控制器。虚线框是 CoT 变体。看哪里:触觉信号画成一个数值矩阵,论文没说明矩阵每一维的含义。图中每路编码器上方都画了三个小方块,按正文,触觉这一路只输出 1 个融合 token。

前缀里到底放了什么

(1)St = [ E′vis(It−H+1), …, E′vis(It), Elang(Lt), E′ψ([Tt−H+1, …, Tt]) ]
  • 图像:预训练 ViT 编码最近 H 帧,每帧一组 token,论文说做法「similar to π0」。
  • 语言:普通 tokenizer。力度信息全靠这一路进来。
  • 触觉:最近 H 步读数先拼接,再经 MLP(E′ψ)压成单个融合 token。触觉采集是 100 Hz,训练前下采样到和 20 Hz 图像帧对齐。
  • 整个前缀内部是非因果注意力,图像、语言、触觉 token 可以互相看。作者强调这种 token 级早融合是 CoT 变体能对触觉做推理的前提。

怎么训练

「共享组件」用 π0 的预训练参数初始化。新增模块,包括触觉编码器和修改过的动作专家,都是随机初始化。然后整个模型端到端微调,用条件流匹配(CFM)损失,损失同时覆盖动作序列的运动维度和力维度。作者认为正是这个训练让模型去调用 VLM 里潜在的物理知识,把 gently 这样的语言差别映射到 0.5 N 这样的力。

解读 动作专家随机初始化这一点容易被忽略。所以说「继承 π0」,继承的主要是 ViT 和 VLM,动作生成部分是从这几百条示范重新学的。论文没给 H、动作块长度、训练步数,也没给 Ftarget 的维数和坐标系。

论文 §2.2 · 混合位置-力控制器

模型说「用 6 N」,机器人怎么照做

动作专家给出目标位置和目标力之后,还需要一个底层控制器平衡这两个目标。作者的策略是位置主导:多数操作由精确的运动主导,只有接触阶段才需要力控(引 Raibert & Craig 1981),所以最终下发的仍然是位置指令。力目标用受阻抗控制启发的间接力控实现,折算成对位置指令的修正。

和经典阻抗控制追求被动柔顺不同,这里要主动跟踪目标力。控制器计算力误差 ΔF = Ftarget − Fmeasured,只有误差超过阈值 τ 才修正位置,作者说这样是为了运动更平顺:

(2)Phybrid = Ptarget + K · ΔF  若 ‖ΔF‖ > τ0     若 ‖ΔF‖ ≤ τ

K 是增益矩阵。之后由 PID 控制器驱动关节去跟踪不断更新的 Phybrid。

通道 1

夹爪的笛卡尔位置 → 外部合力

控制夹爪对物体施加的合力,比如插拔时往下压、擦板时往板上压。

通道 2

夹爪开度 → 夹持力

并行地控制夹爪把物体夹多紧,决定抓鸡蛋和抓铁块的区别。

式 (2) 看着简单,但阈值和比例修正放在一起有一些不直观的后果。下面的小模拟按式 (2) 字面实现了一维按压:夹爪往一块有弹性的表面上压,看测到的力怎样追目标力。先点几个预设,再自己拖参数。

一维按压模拟解读 · 示意,不是论文代码
表面刚度
修正方式
测到的力目标力目标 ± τ(死区)不修正时的力 k·Ptarget
下发的位置指令 Phybrid夹爪实际位置Ptarget
稳定后的力(最后 1 s 均值)
离目标还差
修正开启比例(最后 2 s)
开关切换次数(最后 2 s)

模型设定(我们的简化):接触是线性弹簧 F = k·max(0, x),x 是压入深度(mm);PID 跟踪简化成一阶滞后;力传感器有 0.05 N 噪声;控制频率按触觉的 100 Hz 算。论文没有给 K、τ 的数值,这里的参数全部是虚构的,只用来看式 (2) 的行为。

解读 从模拟里能读出三件事。第一,Ptarget 本身来自示范,在训练时的表面上它产生的力就接近目标,修正项不起作用;换了刚度不同的表面,修正项才开始干活。第二,式 (2) 是纯比例修正,修正量要靠误差本身维持,所以力会停在离目标还有一段距离的地方,K 越大偏差越小。第三,阈值和比例修正叠加时,如果 τ 相对偏差太宽,修正会在死区边界反复开关。论文说设 τ 是为了平顺,实际系统可能有滤波或其他处理,论文没写。另外,策略每个动作块都会重新输出 Ptarget,这个外层闭环也可能吸收一部分偏差。

论文 §2.3 · Tactile-VLA-CoT

失败以后,让模型自己说出「力不够」

CoT 变体用 VLM 自己的预训练解码器生成一段显式的「内心独白」,分析失败原因并给出纠正动作。训练用一小批针对性的示范:每条样本记录一次具体的失败,把多模态传感数据和一段分析失败原因的语言标注配在一起。作者说这样做有两个目的,一是保住 VLM 的通用推理能力、减少微调带来的灾难性遗忘,二是把推理扩展到触觉模态,比如从传感信号推断「擦板时向下压力不够」「剪切力显示工具在打滑」。

运行时,CoT 按固定间隔触发,间隔多长论文没给。提示词先让模型判断任务是否完成;如果判定失败,再让模型结合传感反馈分析原因。输出会逐项分析各个力分量,然后写出一条新的纠正指令,用来指导下一次尝试。

在擦板任务里,训练数据是白板上的 100 条成功示范和 100 条失败示范。失败样本配的监督文本类似 "The force was too light. A stronger force is needed. Now trying with 5N." 下面按论文 §3.4 和 Figure 3 把黑板上的一次零样本执行拆成五步。

TacVLA
0 N3.5
默认
5
白板数据
6.7
纠正后
8 N

解读 这里的「推理」是 VLM 解码器在语言层面生成的,它把失败归因写成文字,再用一条新的指令驱动下一次尝试。它不预测未来的触觉或画面,也没有价值模型给动作打分。它能在黑板上起作用,一个合理的解释是:白板训练数据里已经有「力太轻 → 加力 → 成功」这个模式,黑板上复用的是同一个模式,只是需要加得更多。论文没有对照「不看触觉的 CoT」或「失败就加力的固定规则」,所以说不清触觉读数在归因里具体起了多大作用。

还有一处前后不一:Figure 3 的回答是 "Shear force should be larger, while normal force is sufficient.",而正文举的例子是 "normal force is too low"、新指令 "apply more downward force",Figure 1(c) 也写的是增加向下压力。

原文 Figure 3:黑板照片,下方是 Human: Clean the blackboard 与两轮问答。
原文 Figure 3CoT 在擦板任务上的工作过程:先问板擦干净没有,再问下一步怎么做。看哪里:橙色字标出了模型提到的力分量。
论文 §2.4、§3.1 · 数据与实验设置

用手持夹爪采「带着手感」的示范

作者认为常规遥操作不适合采这类数据:操作者没有力反馈,采出来的策略天然不依赖触觉。所以他们在 UMI(Universal Manipulation Interface,一种便携的手持示教夹爪)的基础上,给夹爪装了两块高分辨率触觉传感器,能测法向力和剪切力。操作者手持夹爪示教,直接感受到接触,示范就是「按手感」做出来的。

时间同步:每次采集前对齐各路数据的时间戳;采集时触觉 100 Hz、视觉 20 Hz,之后把触觉下采样到与图像帧对齐。得到的数据集作者叫 VLA-T。

论文没有写传感器型号、部署时用的机械臂型号,也没说明从触觉读数到以牛顿为单位的 Ftarget 标签是怎么标定的。

原文 Figure 4:3D 打印的 UMI 夹爪,指尖装有触觉传感器,顶部装 GoPro 相机。
原文 Figure 4数据采集装置:3D 打印夹爪,指尖装触觉传感器(左侧带凸点阵列的模块),顶部 GoPro 相机。

三类任务与数据量

对比方法:π0-base(通用 VLA 流匹配模型)、π0-fast(π0-base 的变体)、Tactile-VLA、Tactile-VLA-CoT(只在擦板任务上评测)。论文对基线的描述是「没有我们的触觉融合结构」,没写基线用哪批数据微调、指令里是否带了同样的力度副词。

任务训练示范训练指令测什么每个条件的试验次数
USB 插拔(Task A)soft、hard 各 100 条带力度副词,例如 pull out and insert the USB softly into the left socket成功率(Table 1);训过的词和四个新副词下的施力(Table 2)未写
充电器插拔(Task B)100 条只有动作,不含 softly / hard成功率(Table 1);零样本 softly / hard 下的施力(Table 2)未写
桌面抓取每个物体 50 条,6 个训练物体论文没写指令形式6 个训练内(ID)和 6 个没见过(OOD)物体的成功率(Table 3)与施力(Figure 6)成功率每物体 10 次;施力 5 次均值
擦板白板上 100 条成功 + 100 条失败Wipe the board.白板(ID)与黑板(OOD)成功率(Table 4)未写
原文 Figure 5:(a) 充电器插拔任务实拍;(b) 六个训练物体,按硬且重、硬且轻、易碎且轻三类着色。
原文 Figure 5(a) 充电器插拔任务。(b) 抓取任务的 6 个训练物体,按物理属性分三类:红色是硬且重(电池、铁块),绿色是硬且轻(充电器、木块),蓝色是易碎且轻(火龙果、甜瓜)。图里 Pitaya 拼成了 Piyata。
论文 §3.2–3.4 · 结果

三个实验,逐个看数字

下面的图表数字全部取自论文 tex 源码中的表格。每张图下面可以展开原表。

RQ1 · 力度副词能不能迁移到新任务

实验设计:两个运动学上相似的任务。USB 任务的示范带 softly / hard 指令;充电器任务只学动作,训练时从没出现过力度词。测试时,在两个任务上都下达带副词的指令,看成功率和实际插入力。

论文的解读:在 USB 任务上,Tactile-VLA 对 softly 用 0.51 N、hard 用 2.57 N;没训过的 gently(0.75 N)和 firmly(1.98 N)落在中间;harder 用了 2.94 N,比训练过的 hard 还大,作者称之为「外推」。在只学过动作的充电器任务上,hard 用 9.13 N、softly 用 4.68 N。两个基线的施力和副词没有相关性。成功率方面,作者把 Tactile-VLA 的优势归因于触觉的深度融合,使插入的接触阶段控制更精确,减少了对不准和用力过猛导致的失败。

解读 有三点值得注意。一是迁移到充电器的是相对关系,不是绝对力:充电器上 softly 的 4.68 N 比 USB 上 hard 的 2.57 N 还大,hard / softly 的比值从 USB 上的约 5.0 倍压缩到约 1.95 倍。二是 rigidly(2.42 N)和 hard(2.57 N)很接近,harder 比 hard 多 0.37 N,这些都是单个均值,没有方差和次数,无法判断差异是否显著。三是两个基线不输出力、没有力控制器,只能通过位置间接改变力,它们「分不开副词」一部分是结构决定的。另外,Tactile-VLA 在 USB 任务上的成功率本身只有 35%。

RQ2 · 没见过的物体,知不知道该用多大力

实验设计:三类物体,期望的抓取力分别是大(硬且重)、中(硬且轻)、小(易碎且轻)。训练时每类 2 个物体,每个 50 条示范;测试时加入每类 2 个新物体。成功的定义是一次抓起、没有可见变形。抓取时不给力度指令,看模型自己选的力。

原文 Figure 6:三栏柱状图,分别是硬且重、硬且轻、易碎且轻三类物体的抓取力,深色为训练内物体,浅色为没见过的物体。
原文 Figure 6Tactile-VLA 抓取各物体时实际施加的力(N),每根柱是 5 次的均值,误差棒是标准差。三栏分别对应「应该用大 / 中 / 小力」的物体,深色是训练内物体,浅色是没见过的物体。看哪里:按图目测,硬且重一栏约 3–6 N,硬且轻约 2–2.7 N,易碎且轻约 0.7–1.2 N;新物体的力和同栏训练物体在同一量级。这张图只画了 Tactile-VLA,没有基线的力。

论文的解读:Tactile-VLA 在 ID 和 OOD 物体上都明显高于基线,易碎物体上尤其明显;Figure 6 显示它对没见过的物体也选对了大、中、小力。作者认为这是 VLM 知识迁移到触觉模态的有力证据。

解读 基线在易碎物体上几乎全是 0(blueberry、paper box 都是 0%),而 Tactile-VLA 是 90–100%。这个差距很大一部分可能来自「有没有夹持力通道」:基线只能控制夹爪开度,没有力闭环,捏碎软物体几乎是必然的。要证明「VLM 常识」在起作用,更有说服力的对照应该是同样有力通道、但 VLM 没有预训练或被替换的版本。另外,Table 3 的表注写着「training primarily focused on medium-stiffness items」,和正文「每类都训练」的描述对不上。

RQ3 · 从白板学的推理,能不能用到黑板上

实验设计:训练只用白板(马克笔),测试换成黑板(粉笔,需要更大的力才擦得掉)。指令只有 Wipe the board.

黑板上一次成功执行的施力§3.4 正文
默认力擦不掉,CoT 推理后加力
默认3.5 N
白板数据5 N
纠正后6.7 N
02468 N

6.7 N 比白板训练数据里的 5 N 高 34%。论文只给了这一组数值,没说是单次执行还是多次平均。

原文 Figure 7:(a) 擦白板上的 Tactile-VLA 字样;(b) 黑板上初次擦拭后粉笔字仍在;(c) 加力后黑板擦干净。
原文 Figure 7(a) 训练:擦白板上的马克笔字。(b) 零样本换到黑板,初始策略力太小,粉笔字还在。(c) 根据失败的物理反馈推理后加大力,擦干净。

论文的解读:白板上 Tactile-VLA 成功率高,明显超过基线。黑板上差别更明显:Tactile-VLA-CoT 靠推理加力成功,基线完全失败。作者说基线能复现擦的动作,但无法理解触觉上的失败,也没法加力,只会重复同样无效的低力动作。

解读 不带 CoT 的 Tactile-VLA 在黑板上也有 15%,说明单靠触觉闭环和控制器已经能偶尔擦掉;CoT 把它提到 80%。白板上 CoT 版(75%)反而比普通版(80%)略低,差 5 个百分点,在次数未知的情况下看不出是否有意义。

读懂它

「VLM 先验里已经有物理交互语义」,证据有多强

这是全文的核心主张,摘要、引言和结论都在重复它。下面把支撑它的证据逐条过一遍。左侧三个点代表我们判断这条证据对这条主张的支持力度,三个点全亮是强。解读

2 / 3

没训过的副词,力按词义排开(Table 2,USB)

gently、firmly、rigidly、harder 都没出现在训练指令里,施力顺序和词义一致。这是最直接支持「语言先验」的一条:词义的远近来自预训练的语言表示。不足之处是每个词只有一个均值,没有方差和试验次数。

2 / 3

softly / hard 迁移到充电器(Table 2)

充电器任务的训练里没有力度词,零样本下 hard 的力约是 softly 的两倍。说明「副词 → 力」的映射在一定程度上和任务解耦了。但迁移的是方向,绝对值和比例都变了。

1 / 3

没见过的物体选对了力(Table 3、Figure 6)

结果本身很强,但对「VLM 常识」的支持偏弱:部分新物体和训练物体在外观、材质上相近(例如钢球和铁块),视觉相似度也能解释一部分;成功率的差距又和基线缺少夹持力通道混在一起。

2 / 3

黑板上靠 CoT 加力(Table 4)

支持的其实是另一条主张:用触觉反馈做语言推理有用(15% → 80%)。但训练数据里已有「力太轻 → 加力」的文本模式,黑板复用的是同一模式。

0 / 3

能直接隔离「VLM 先验」的消融

没有。Tactile-VLA 和基线同时差了三样东西:触觉输入、动作里的力、混合控制器。没有「去掉 VLM 预训练」「冻结 VLM」「只加力通道不加触觉输入」这类对照,所以三类泛化各自有多少来自 VLM 先验,论文没能分开。

容易看错的地方

  • 「零样本」零的是什么。充电器任务有 100 条动作示范,零的只是力度词;OOD 物体属于训练过的三个类别;黑板任务的动作和推理模式都在白板上练过。它们都不是「从没见过的任务」。
  • 力不是直接下发的。模型输出的是目标力,控制器把力误差折算成位置偏移,最终仍是位置控制。
  • 动作专家是重新训练的。论文明确说修改后的动作专家随机初始化,不沿用 π0 的动作专家权重。
  • 两处次数不一样。Table 3 的成功率是每物体 10 次,Figure 6 的力是 5 次均值。Table 1、2、4 没写次数。
  • Table 1 的 π0-base 在 Table 2 里写作 π0。从上下文看是同一个基线。

常见问题

触觉进的是 VLM 前缀,还是动作专家?

按式 (1) 和 Figure 2,触觉经 MLP 变成 1 个 token,放进 VLM 前缀,与图像、语言 token 一起做非因果注意力。本体状态则经编码器接到动作专家。作者强调早融合是为了让 VLM 能对触觉做推理(CoT 变体需要)。

模型输出的「力」怎样变成机器人的动作?

动作专家输出 Ptarget 和 Ftarget。控制器测量实际接触力,力误差超过阈值 τ 时,在 Ptarget 上叠加 K·ΔF 的位置修正,然后由 PID 驱动关节跟踪。外部合力用夹爪的笛卡尔位置控制,夹持力用夹爪开度控制。可以回到上面的模拟看式 (2) 的具体行为。

Ftarget 的标签从哪来?

论文说目标位置和目标力都来自专家示范,示范用装了触觉传感器的 UMI 手持夹爪采集。从触觉读数到以牛顿为单位的力标签如何换算,论文没写。

一共用了多少示范?

USB 200 条(soft、hard 各 100),充电器 100 条,抓取 6 × 50 = 300 条,擦板 200 条(100 成功 + 100 失败),合计 800 条。论文没说是一个模型联合训练所有任务,还是每个任务单独训练。

基线 π0 能不能控制力?

它们没有触觉输入,动作里也没有力,只能通过位置间接影响接触力。论文对基线的描述只有「没有我们的触觉融合结构」,没说它们用什么数据微调、指令是否一样。

CoT 什么时候触发?会不会拖慢控制?

论文说按固定间隔触发,让模型定期检查进展,间隔长度没给。推理耗时、是否会暂停执行,论文也没有讨论。

局限与疑点

论文没说的,和我们读出来的

论文自己承认的:没有。全文没有局限性章节,结论只重申了主张。相关工作一节把自己和同期工作区分开:FuSe 靠辅助损失微调,ForceVLA 靠模态专属路由,而本文的主要贡献是证明 VLM 的隐空间已经有物理交互语义。

我们读出来的,按类型分成四组。解读

统计

  • Table 1、2、4 没写每个条件试验多少次。成功率都是 5 的倍数,可能是 20 次左右,这只是推测。
  • Table 2 的力只有均值,没有方差。harder 比 hard 大、rigidly 和 hard 的差别都无法判断是否显著。
  • 黑板上 3.5 N → 6.7 N 只给了一组数值,没说是单次执行还是多次平均。

归因

  • 没有消融把触觉输入、力动作、混合控制器、VLM 预训练四者的贡献分开。
  • 基线结构上不输出力,Table 2 和 Table 3 的对比有一部分是结构差异,不全是「语义理解」差异。
  • CoT 缺少「不看触觉的推理」和「失败就加力的固定规则」这类对照。

范围

  • 只有 3 类任务、一种平行夹爪、桌面场景。
  • OOD 物体仍属训练过的三个类别;「零样本」的范围比字面窄。
  • USB 任务成功率只有 35%,绝对水平不高,论文没分析失败原因。

文内不一致

  • Figure 1(b) 把火龙果标为没见过的物体、铁球标为已知物体;Table 3 和 Figure 5 里火龙果是训练内物体,钢球(Steel Ball)是 OOD。
  • §2.3 描述 CoT 微调数据时举的例子是「wiping a blackboard with slippage」,而 §3.1 和 §3.4 都说训练中从没出现过黑板。
  • Figure 3 说「剪切力要更大,法向力够了」,正文和 Figure 1(c) 说要加大向下的压力。
  • Table 3 表注说训练主要针对中等刚度物体,正文说每类都训练了。
  • 黑板指令正文是 Wipe the board.,Figure 3 是 Clean the blackboard.
复现需要但论文没给的论文里的说法
历史长度 H只有符号,没有数值
增益 K、阈值 τK 是增益矩阵,τ 是预设阈值,都没给数值
Ftarget 的维数与坐标系只说分外部合力和夹持力两个通道
动作块长度、训练步数、学习率没有
CoT 触发间隔、提示词全文「fixed intervals」,提示词只描述了结构
机械臂与触觉传感器型号传感器只说「dual high-resolution tactile sensors」,能测法向和剪切力
代码与数据论文没有提到是否发布
放到七篇里看

力和触觉怎样进入机器人基础模型

力与触觉专题现在收了七篇:ForceVLA、Tactile-VLA、T-Rex、N₀-VTLA、N₀-TWAM、Motus2、ME-Dex 1.0。按「力 / 触觉在模型里扮演什么角色」排,大致是一条由浅到深的线,窄屏下可左右滑动。这个排法是我们的归纳。解读

触觉是输入条件

ForceVLA

6 轴力 / 力矩作为一等模态,在动作解码阶段用力感知 MoE 与视觉语言嵌入融合。

触觉是输入,力是输出

Tactile-VLA

触觉 token 早融合进 VLM 前缀;动作里带目标力,由混合控制器执行;语言直接调节力。

触觉是块内高频修正

T-Rex

主干不看触觉;去噪的最后一段交给只读触觉的专家,块内每 4 步用最新触觉重跑。

触觉进入世界模型闭环

Motus2

一套权重给出策略、模拟器、评估器三个接口;旁路触觉专家沿用 T-Rex 的切分去噪修正动作。

触觉是要预测的潜变量

N₀-VTLA

不给动作专家当前触觉,而是先预测接下来一个动作块里触觉的净变化 z。

触觉是要预测的观测

ME-Dex 1.0

未来触觉和视频、动作一起用 flow matching 联合去噪生成,触觉与视频同为「世界状态的观测」。

触觉既被预测也被观测

N₀-TWAM

未来触觉与未来视频一起生成;当前触觉转成力图,经交叉注意力直接进动作流。

论文模型形态力 / 触觉信号怎样进入模型数据与评测
ForceVLA
2505.22159 · 复旦 / 上交
基于 π0 的 VLA6 轴力 / 力矩FVLMoE:在动作解码阶段按上下文路由到模态专属专家,融合 VL 嵌入与实时力反馈自采 ForceVLA-Data,5 个接触密集任务;平均成功率比 π0 基线高 23.2%
Tactile-VLA
2507.09160 · 清华等
基于 π0 的 VLA(Gemma 2.6B + 300M 动作专家)双指尖触觉,法向 + 剪切,100 HzH 步历史经 MLP 成 1 个 token 进 VLM 前缀;动作输出带目标力;混合位置-力控制器执行;CoT 变体用触觉做语言推理UMI 手持采集,3 类真机任务共 800 条示范;主打语言、常识、推理三类零样本泛化
T-Rex
2606.17055 · UC Berkeley / NVIDIA 等
Qwen3-VL-2B 三专家 MoT(latent / 动作 / 触觉)Sharpa Wave 灵巧手 10 指:6 轴力历史 + 当前力 + 形变深度图独立触觉专家读主干 KV 缓存,只做去噪最后一段(τ 0.4 → 0),块内 4 次人类视频预训练 + 100 小时带触觉遥操作中训练;双臂灵巧手真机 12 任务,平均 65 分
N₀-VTLA
2607.23782 · NeoteAI / 复旦
基于 π0.5 的 VLA,加潜在触觉预测器自研视觉式触觉,当前帧减回合起始帧的差分图预测器输出 10 个 token z(训练初期对齐未来 50 步触觉变化),拼在动作 token 前;不进 VLM 前缀NeoData 视触觉预训练;NeoReal 真机 9 任务 + 20 个仿真任务;另有离线 RL 方法 ALTER
N₀-TWAM
2607.23783 · NeoteAI / 复旦
视频、触觉、动作三专家世界动作模型,7.16B视觉式触觉;预测用 Wan VAE 潜变量,观测用三轴力图未来触觉与视频共同去噪;当前触觉经 NeoForce 编码、交叉注意力进动作流NeoData 超 3 万小时;UniVTAC、NeoSim 仿真 + 8 个真机任务
ME-Dex 1.0
2609.21449 · 理想汽车
世界动作触觉模型,MoT 三专家(Video / Tactile / Action),均用 flow matching多来源异构触觉,经 Canonical Hand Model 与 Unified Tactile Autoencoder 统一专家间共享注意力,触觉作为未来观测与视频、动作联合去噪Agentic Tactile Data Engine 在仿真轨迹回放中补录力传感器数据;RoboTwin、DexJoCo、ManiFeel 仿真与真机
Motus2
2608.30237 · 清华朱军组 / GensPI
自进化通用世界模型:策略、动作条件模拟器、价值评估器共享权重触觉反馈(作为扩展加入)策略提出候选动作块,模拟器预测视觉后果,评估器打分,形成决策与学习闭环单目第一视角 → 双目第一视角 → 机器人域适配;仿生双臂双灵巧手平台

ForceVLA、ME-Dex 1.0、Motus2 三行只取自各自摘要级别的概括;T-Rex、N₀-VTLA、N₀-TWAM 三行来自对应的精读页。细节以各篇页面为准。

和其余六篇的异同 解读

和 ForceVLA:两篇几乎同期,都从 π0 出发、都做真机接触密集任务。区别在融合位置和论点。ForceVLA 在动作解码阶段用 MoE 融合力信号,VLM 部分不需要「看到」力;Tactile-VLA 把触觉早融合进 VLM 前缀,代价是改动了 VLM 的输入,好处是 VLM 可以对触觉做语言推理,CoT 变体正依赖这一点。论点上,ForceVLA 的主要结果是成功率提升,Tactile-VLA 主打语言到力的语义泛化。Tactile-VLA 在相关工作里把 ForceVLA 归为「modality-specific routing」一类。

和 ME-Dex 1.0:ME-Dex 的摘要批评「只把触觉特征当条件输入、不联合预测未来触觉」的做法,Tactile-VLA 正属于这一类:它读当前触觉、输出目标力,但不预测未来触觉或画面。另外 ME-Dex 要处理多种手、多种传感器布局,并用仿真回放补数据;Tactile-VLA 只有一种夹爪、一种传感器,数据全部来自真实手持采集。

和 Motus2:两篇都用到了失败数据,用法完全不同。Tactile-VLA-CoT 把失败翻译成语言(为什么失败、下次怎么改),在真机上定时自检;Motus2 按其摘要,用失败和次优交互去学动力学和价值,在学到的模拟器里提出、预测、评估候选动作。前者的「自我纠正」停留在语言层面、一次一条指令,后者是有预测和打分的闭环。

和 T-Rex:T-Rex 把 Tactile-VLA 当作基线复现,这是专题里唯一一个第三方复现 Tactile-VLA 的数字。它把原版的 GelSight 图像输入改成 10 指 6 维力,用 Simple-MLP 编码,每个任务单独训练;动作空间和评测协议与其他基线统一,没说是否保留混合位置-力控制器。结果是 12 个双臂灵巧手任务平均 15 分,比不接触觉的 π0.5(17)还略低,T-Rex 是 65。这个复现换了传感器、本体和控制方式,不能直接当成对原论文的否定,但它说明“触觉 token 进前缀”这套做法搬到灵巧手上并不自然见效。

和 N₀-VTLA:N₀-VTLA 直接拿 Tactile-VLA 当反面例子:把触觉 token 拼进视觉语言上下文,相当于把触觉当成“又一个相机”,可一个稀疏、大部分时间沉默的信号,放进为信息密集的视图设计的前缀里收益有限。所以 N₀-VTLA 让触觉完全不进前缀,只通过预测的潜变量 z 影响动作专家。代价是 VLM 不能再对触觉做语言推理,而这正是 Tactile-VLA-CoT 依赖的能力。

和 N₀-TWAM:N₀-TWAM 把 Tactile-VLA 归为“把触觉当输入通道消费、从不预测它”的一类。它同样读当前触觉(观测通路),但读的是估计出的三轴力图,接在动作头之前而不是 VLM 前缀里;另外还让模型生成未来触觉。两篇都有“力”的概念,Tactile-VLA 把力当作要输出、交给控制器执行的目标,N₀-TWAM 把力当作输入的表示空间。

一句话定位:在这条线上,Tactile-VLA 的特色是把「语言怎样落到力上」作为主问题,并给出了最简单直接的一套答案:触觉当 token、力当动作、控制器兜底。它的实验规模和对照都偏少,更适合当作一个有启发性的概念验证来读。

术语表

读这篇会遇到的词

共 13 条
VLA
Vision-Language-Action,用预训练视觉语言模型作骨干、直接输出机器人动作的策略模型。
π0 / π0-base
Physical Intelligence 的通用 VLA,VLM 骨干加一个用流匹配生成连续动作的动作专家。本文的初始化来源和主要基线。
π0-fast
论文只说是 π0-base 的变体。参考文献里引了 FAST 动作 tokenization(Pertsch et al., 2025)。
动作专家(action expert)
π0 结构里专门生成动作的那部分 Transformer,读取 VLM 前缀的表示。本文的版本为 300M,输出位置和力,随机初始化。
前缀(prefix)
送进 VLM 的输入序列,本文是 H 帧图像 token、语言 token、1 个触觉 token 的拼接,内部用非因果注意力。
CFM
Conditional Flow Matching,条件流匹配,π0 用来训练连续动作生成的目标。本文让损失同时覆盖运动维度和力维度。
法向力 / 剪切力
垂直于接触面的压力 / 平行于接触面的切向力。擦板时向下压是法向力,板擦在板面上的摩擦拖拽与剪切力有关。
阻抗控制
Hogan 1985 提出的控制思路:让机器人在接触时表现得像一个可调的弹簧阻尼系统。本文借它的思路,把力误差转成位置修正。
混合位置 / 力控制
Raibert & Craig 1981:不同方向分别控制位置或力。本文是「位置主导,力误差修正位置」的一种简化实现。
死区阈值 τ
力误差不超过 τ 时不做修正,用来减少小误差引起的抖动。
UMI
Universal Manipulation Interface,手持的示教夹爪,带相机,用人手直接采集示范。本文在它上面加了触觉传感器。
CoT
Chain-of-Thought,让模型先生成推理文本再给结论。本文用它做失败归因,并生成新的纠正指令。
ID / OOD
In-Domain / Out-of-Domain。本文里 OOD 物体指训练没见过、但属于三个已知类别的物体;OOD 场景指黑板。