這項(xiàng)由上海交通大學(xué)人工智能學(xué)院的楊彥泰、王宇豪等研究團(tuán)隊(duì)完成的工作，發(fā)表于2025年6月的arXiv預(yù)印本平臺(tái)。該研究的完整論文可以通過(guò)arXiv:2506.10100v1獲取，題目為"EfficientVLA: Training-Free Acceleration and Compression for Vision-Language-Action Models"。對(duì)這個(gè)技術(shù)突破感興趣的讀者，可以訪問(wèn)https://arxiv.org/abs/2506.10100了解詳細(xì)內(nèi)容。

想象一下，你有一個(gè)非常聰明的機(jī)器人助手，它能看懂你的手勢(shì)，聽(tīng)懂你的話，還能準(zhǔn)確執(zhí)行各種復(fù)雜任務(wù)。但問(wèn)題是，這個(gè)機(jī)器人每次思考都要花很長(zhǎng)時(shí)間，就像一臺(tái)運(yùn)行緩慢的老電腦。這正是當(dāng)前最先進(jìn)的視覺(jué)-語(yǔ)言-動(dòng)作（VLA）機(jī)器人模型面臨的困境。

現(xiàn)在的機(jī)器人大腦實(shí)際上是由三個(gè)重要部分組成的復(fù)雜系統(tǒng)。第一部分是"眼睛"——視覺(jué)模塊，負(fù)責(zé)理解看到的畫面；第二部分是"大腦"——語(yǔ)言模塊，用來(lái)理解指令和進(jìn)行推理；第三部分是"手腳"——動(dòng)作模塊，決定具體該怎么行動(dòng)。這三個(gè)部分協(xié)同工作，讓機(jī)器人能夠像人一樣理解環(huán)境、分析情況、執(zhí)行任務(wù)。

然而，這種復(fù)雜的設(shè)計(jì)帶來(lái)了一個(gè)嚴(yán)重問(wèn)題：運(yùn)算量太大，速度太慢。就好比一個(gè)超級(jí)聰明但行動(dòng)遲緩的人，雖然能力很強(qiáng)，但在實(shí)際應(yīng)用中卻因?yàn)榉磻?yīng)太慢而不實(shí)用。上海交大的研究團(tuán)隊(duì)意識(shí)到，如果不解決這個(gè)速度問(wèn)題，再聰明的機(jī)器人也只能停留在實(shí)驗(yàn)室里，無(wú)法走入真實(shí)世界。

經(jīng)過(guò)深入分析，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一個(gè)有趣的現(xiàn)象：這些機(jī)器人大腦在運(yùn)行時(shí)存在大量的"冗余計(jì)算"，就像一個(gè)人在解決簡(jiǎn)單問(wèn)題時(shí)動(dòng)用了過(guò)多的腦力。具體來(lái)說(shuō)，語(yǔ)言模塊中很多層次的處理實(shí)際上在做重復(fù)工作；視覺(jué)模塊處理了太多不重要的圖像信息；動(dòng)作模塊在生成動(dòng)作序列時(shí)反復(fù)計(jì)算相似的內(nèi)容。

基于這些發(fā)現(xiàn)，研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了EfficientVLA框架，這是一個(gè)不需要重新訓(xùn)練就能大幅提升機(jī)器人運(yùn)行速度的解決方案。他們采用了三管齊下的策略來(lái)解決不同模塊的效率問(wèn)題。

一、簡(jiǎn)化大腦結(jié)構(gòu)：讓機(jī)器人思考更直接

機(jī)器人的語(yǔ)言模塊就像人的大腦皮層，由很多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)組成。每一層都會(huì)對(duì)輸入的信息進(jìn)行處理和轉(zhuǎn)換。但研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，在很多情況下，某些層次的處理幾乎沒(méi)有改變信息內(nèi)容，就像一個(gè)人在思考時(shí)繞了很多不必要的彎。

為了識(shí)別這些"無(wú)用功"，研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一個(gè)巧妙的評(píng)估方法。他們比較每一層處理前后的信息相似程度，如果某一層的輸入和輸出幾乎一樣，就說(shuō)明這一層沒(méi)有做什么有意義的工作。通過(guò)這種方式，他們能夠精確地找出那些可以安全移除的冗余層次。

這個(gè)過(guò)程就像精簡(jiǎn)一個(gè)冗長(zhǎng)的工作流程。原本需要經(jīng)過(guò)32個(gè)步驟的思考過(guò)程，經(jīng)過(guò)優(yōu)化后只需要22個(gè)步驟就能達(dá)到同樣的效果，不僅速度更快，準(zhǔn)確性還略有提升。在實(shí)際測(cè)試中，這種簡(jiǎn)化使得語(yǔ)言模塊的參數(shù)減少了41%，計(jì)算量減少了78%，但機(jī)器人的任務(wù)執(zhí)行能力幾乎沒(méi)有下降。

二、優(yōu)化視覺(jué)處理：只看重要的東西

機(jī)器人的視覺(jué)系統(tǒng)通常會(huì)把看到的圖像分解成很多小塊來(lái)處理，每個(gè)小塊被稱為一個(gè)"視覺(jué)令牌"。這就像人在看一幅畫時(shí)，會(huì)注意到畫中的每一個(gè)細(xì)節(jié)。但問(wèn)題是，并不是所有細(xì)節(jié)都對(duì)完成任務(wù)有幫助。

研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一個(gè)聰明的視覺(jué)令牌篩選策略。這個(gè)策略分為兩個(gè)階段：首先找出與任務(wù)最相關(guān)的關(guān)鍵視覺(jué)信息，然后在剩余信息中選擇那些能提供額外有用信息的內(nèi)容。

這個(gè)過(guò)程類似于一個(gè)經(jīng)驗(yàn)豐富的攝影師在拍照時(shí)的選擇過(guò)程。攝影師會(huì)首先鎖定主要拍攝對(duì)象（任務(wù)相關(guān)的關(guān)鍵信息），然后選擇一些背景元素來(lái)豐富畫面（多樣性信息），最終構(gòu)成一張既突出主題又信息豐富的照片。

通過(guò)這種方法，原本需要處理256個(gè)視覺(jué)令牌的系統(tǒng)，現(xiàn)在只需要處理56個(gè)就能達(dá)到相似的效果。這相當(dāng)于將視覺(jué)處理的工作量減少了78%，大大提升了處理速度。

三、動(dòng)作生成加速：重復(fù)利用中間結(jié)果

機(jī)器人的動(dòng)作模塊使用了一種叫做"擴(kuò)散模型"的技術(shù)來(lái)生成精確的動(dòng)作序列。這種技術(shù)的工作原理有點(diǎn)像雕刻師創(chuàng)作雕塑：從一塊粗糙的材料開(kāi)始，通過(guò)多次精細(xì)的調(diào)整，最終雕琢出精美的作品。

但研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，在這個(gè)"雕琢"過(guò)程中，相鄰步驟之間的中間結(jié)果往往非常相似。這就像雕刻師在連續(xù)的幾次雕琢中使用了幾乎相同的技法和力度。既然如此，為什么不重復(fù)利用之前的計(jì)算結(jié)果呢？

基于這個(gè)想法，他們開(kāi)發(fā)了一個(gè)緩存機(jī)制。系統(tǒng)會(huì)在某些關(guān)鍵時(shí)刻進(jìn)行完整計(jì)算，然后在接下來(lái)的幾個(gè)步驟中直接重用這些計(jì)算結(jié)果。這種方法將動(dòng)作生成的計(jì)算量減少了80%，同時(shí)保持了動(dòng)作的精確性。

這三種優(yōu)化策略協(xié)同工作，就像給一輛汽車同時(shí)升級(jí)了發(fā)動(dòng)機(jī)、減輕了重量、優(yōu)化了傳動(dòng)系統(tǒng)。每個(gè)改進(jìn)都有獨(dú)立的效果，但組合在一起時(shí)產(chǎn)生了更大的整體提升。

為了驗(yàn)證EfficientVLA的效果，研究團(tuán)隊(duì)在SIMPLER仿真環(huán)境中進(jìn)行了全面測(cè)試。這個(gè)環(huán)境專門設(shè)計(jì)用來(lái)評(píng)估機(jī)器人的操作能力，包含了四種典型的機(jī)器人任務(wù)：抓取可樂(lè)罐、移動(dòng)物體到指定位置、開(kāi)關(guān)抽屜、以及復(fù)雜的多步驟操作任務(wù)。

測(cè)試結(jié)果令人印象深刻。在最優(yōu)配置下，EfficientVLA實(shí)現(xiàn)了1.93倍的速度提升，將計(jì)算量降低到原來(lái)的28.9%，而任務(wù)成功率僅下降了0.6%。這意味著機(jī)器人的運(yùn)行速度幾乎翻了一倍，但執(zhí)行任務(wù)的能力幾乎沒(méi)有受到影響。

更有趣的是，在某些任務(wù)中，優(yōu)化后的模型表現(xiàn)甚至比原始模型更好。比如在抓取可樂(lè)罐的任務(wù)中，成功率從91.3%提升到了94.0%。這個(gè)現(xiàn)象表明，原始模型中確實(shí)存在很多冗余信息，去除這些冗余不僅提高了效率，還改善了性能。

研究團(tuán)隊(duì)還進(jìn)行了詳細(xì)的消融實(shí)驗(yàn)，分別測(cè)試了每個(gè)優(yōu)化策略的獨(dú)立效果。結(jié)果顯示，僅僅進(jìn)行視覺(jué)令牌優(yōu)化只能帶來(lái)1.25倍的速度提升，而僅僅進(jìn)行動(dòng)作緩存優(yōu)化帶來(lái)1.23倍提升。但當(dāng)三種策略結(jié)合使用時(shí)，速度提升達(dá)到了1.93倍，證明了綜合優(yōu)化方案的優(yōu)越性。

這項(xiàng)研究的意義遠(yuǎn)超技術(shù)本身。當(dāng)前，大多數(shù)先進(jìn)的機(jī)器人模型都因?yàn)橛?jì)算需求過(guò)高而無(wú)法在實(shí)際環(huán)境中部署。就像一輛超級(jí)跑車只能在專業(yè)賽道上行駛，而無(wú)法在普通道路上使用一樣。EfficientVLA的出現(xiàn)改變了這種狀況，它讓高性能的機(jī)器人模型能夠在資源有限的實(shí)際設(shè)備上運(yùn)行。

這種突破對(duì)于機(jī)器人技術(shù)的普及具有重要意義?，F(xiàn)在，研究人員和工程師可以在普通的硬件設(shè)備上部署先進(jìn)的機(jī)器人模型，大大降低了技術(shù)應(yīng)用的門檻。這不僅有助于學(xué)術(shù)研究的推進(jìn)，也為機(jī)器人技術(shù)在工業(yè)、服務(wù)業(yè)、家庭等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用鋪平了道路。

EfficientVLA框架的另一個(gè)重要優(yōu)勢(shì)是它的"即插即用"特性。由于不需要重新訓(xùn)練模型，研究人員可以直接將這套優(yōu)化方案應(yīng)用到現(xiàn)有的機(jī)器人系統(tǒng)上。這就像為汽車安裝一個(gè)提升燃油效率的裝置，不需要更換整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)，就能顯著改善性能。

當(dāng)然，這項(xiàng)研究也有一些局限性。由于目前開(kāi)源的擴(kuò)散式VLA模型還比較少，研究團(tuán)隊(duì)主要在CogACT模型上進(jìn)行了驗(yàn)證。隨著更多模型的開(kāi)源，他們計(jì)劃在更廣泛的模型和任務(wù)上驗(yàn)證EfficientVLA的效果。

此外，動(dòng)作模塊中使用的固定緩存間隔策略雖然有效，但在某些情況下可能不是最優(yōu)的。未來(lái)的研究可能會(huì)探索更智能的自適應(yīng)緩存策略，根據(jù)具體任務(wù)的需求動(dòng)態(tài)調(diào)整緩存策略。

從技術(shù)發(fā)展的角度來(lái)看，EfficientVLA代表了一種新的優(yōu)化思路。傳統(tǒng)的模型優(yōu)化往往需要重新設(shè)計(jì)模型架構(gòu)或重新訓(xùn)練，這不僅耗時(shí)耗力，還可能影響模型的原有能力。而EfficientVLA采用的無(wú)訓(xùn)練優(yōu)化方法，既保持了模型的原有能力，又大幅提升了運(yùn)行效率。

這種方法的成功也啟發(fā)了對(duì)其他AI系統(tǒng)的優(yōu)化思考。隨著AI模型變得越來(lái)越復(fù)雜，計(jì)算效率問(wèn)題將變得越來(lái)越重要。EfficientVLA提供的系統(tǒng)性優(yōu)化框架，可能會(huì)被應(yīng)用到其他類型的多模態(tài)AI系統(tǒng)中。

說(shuō)到底，EfficientVLA解決的是AI技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走向現(xiàn)實(shí)世界的關(guān)鍵瓶頸問(wèn)題。當(dāng)我們談?wù)揂I的未來(lái)時(shí)，往往關(guān)注的是模型能力的提升，但實(shí)際上，讓AI系統(tǒng)高效運(yùn)行同樣重要。畢竟，一個(gè)無(wú)法在實(shí)際環(huán)境中部署的AI系統(tǒng)，無(wú)論多么智能，都只能是"紙上談兵"。

這項(xiàng)研究為機(jī)器人技術(shù)的實(shí)用化開(kāi)辟了新的道路。我們可以期待，在不久的將來(lái)，更多智能的機(jī)器人助手將能夠以可接受的成本和合理的響應(yīng)速度，在我們的工作和生活中發(fā)揮重要作用。無(wú)論是工廠中的智能制造設(shè)備，還是家庭中的服務(wù)機(jī)器人，都將受益于這種效率的提升。

對(duì)于普通人來(lái)說(shuō)，這意味著我們距離擁有真正實(shí)用的智能機(jī)器人助手又近了一步。這些機(jī)器人不僅要足夠聰明，還要足夠快速和經(jīng)濟(jì)實(shí)用。EfficientVLA正是朝著這個(gè)目標(biāo)邁出的重要一步。

有興趣深入了解這項(xiàng)研究技術(shù)細(xì)節(jié)的讀者，可以通過(guò)訪問(wèn)arXiv:2506.10100v1獲取完整的研究論文，其中包含了詳細(xì)的算法描述、實(shí)驗(yàn)設(shè)置和結(jié)果分析。

Q&A

Q1：EfficientVLA是什么？它能做什么？ A：EfficientVLA是上海交大開(kāi)發(fā)的機(jī)器人大腦加速框架，它能讓視覺(jué)-語(yǔ)言-動(dòng)作機(jī)器人的運(yùn)行速度提升93%，同時(shí)將計(jì)算量減少到原來(lái)的28.9%，但任務(wù)執(zhí)行能力幾乎不受影響。它的核心價(jià)值是讓高性能機(jī)器人模型能在普通硬件上快速運(yùn)行。

Q2：EfficientVLA會(huì)不會(huì)影響機(jī)器人的智能水平？ A：不會(huì)，甚至在某些任務(wù)上表現(xiàn)更好。研究顯示優(yōu)化后的機(jī)器人在抓取任務(wù)中成功率從91.3%提升到94.0%。這是因?yàn)镋fficientVLA去除的是冗余計(jì)算，保留了所有關(guān)鍵能力，有時(shí)去除干擾信息后表現(xiàn)反而更好。

Q3：普通人什么時(shí)候能用上這種技術(shù)優(yōu)化的機(jī)器人？ A：這項(xiàng)技術(shù)具有"即插即用"特性，可以直接應(yīng)用到現(xiàn)有機(jī)器人系統(tǒng)上，無(wú)需重新訓(xùn)練。隨著技術(shù)推廣，預(yù)計(jì)在幾年內(nèi)就能看到運(yùn)行更快、成本更低的智能機(jī)器人在工廠、服務(wù)業(yè)和家庭中普及應(yīng)用。