Two less addressed issues of deep reinforcement learning are (1) lack of generalization capability to new target goals, and (2) data inefficiency i.e., the model requires several (and often costly) episodes of trial and error to converge, which makes it impractical to be applied to real-world scenarios. In this paper, we address these two issues and apply our model to the task of target-driven visual navigation. To address the first issue, we propose an actor-critic model whose policy is a function of the goal as well as the current state, which allows to better generalize. To address the second issue, we propose AI2-THOR framework, which provides an environment with highquality 3D scenes and physics engine. Our framework enables agents to take actions and interact with objects. Hence, we can collect a huge number of training samples efficiently.We show that our proposed method (1) converges faster than the state-of-the-art deep reinforcement learning methods, (2) generalizes across targets and across scenes, (3) generalizes to a real robot scenario with a small amount of fine-tuning (although the model is trained in simulation), ( 4) is end-to-end trainable and does not need feature engineering, feature matching between frames or 3D reconstruction of the environment.The supplementary video can be accessed at the following link: https://youtu.be/SmBxMDiOrvs.

为了基于深度加强学习（RL）来增强目标驱动的视觉导航的交叉目标和跨场景，我们将信息理论正则化术语引入RL目标。正则化最大化导航动作与代理的视觉观察变换之间的互信息，从而促进更明智的导航决策。这样，代理通过学习变分生成模型来模拟动作观察动态。基于该模型，代理生成（想象）从其当前观察和导航目标的下一次观察。这样，代理学会了解导航操作与其观察变化之间的因果关系，这允许代理通过比较当前和想象的下一个观察来预测导航的下一个动作。 AI2-Thor框架上的交叉目标和跨场景评估表明，我们的方法在某些最先进的模型上获得了平均成功率的10美元。我们进一步评估了我们的模型在两个现实世界中：来自离散的活动视觉数据集（AVD）和带有TurtleBot的连续现实世界环境中的看不见的室内场景导航。我们证明我们的导航模型能够成功实现导航任务这些情景。视频和型号可以在补充材料中找到。

这项工作研究了图像目标导航问题，需要通过真正拥挤的环境引导具有嘈杂传感器和控制的机器人。最近的富有成效的方法依赖于深度加强学习，并学习模拟环境中的导航政策，这些环境比真实环境更简单。直接将这些训练有素的策略转移到真正的环境可能非常具有挑战性甚至危险。我们用由四个解耦模块组成的分层导航方法来解决这个问题。第一模块在机器人导航期间维护障碍物映射。第二个将定期预测实时地图上的长期目标。第三个计划碰撞命令集以导航到长期目标，而最终模块将机器人正确靠近目标图像。四个模块是单独开发的，以适应真实拥挤的情景中的图像目标导航。此外，分层分解对导航目标规划，碰撞避免和导航结束预测的学习进行了解耦，这在导航训练期间减少了搜索空间，并有助于改善以前看不见的真实场景的概括。我们通过移动机器人评估模拟器和现实世界中的方法。结果表明，我们的方法优于多种导航基线，可以在这些方案中成功实现导航任务。

Deep reinforcement learning is poised to revolutionise the field of AI and represents a step towards building autonomous systems with a higher level understanding of the visual world. Currently, deep learning is enabling reinforcement learning to scale to problems that were previously intractable, such as learning to play video games directly from pixels. Deep reinforcement learning algorithms are also applied to robotics, allowing control policies for robots to be learned directly from camera inputs in the real world. In this survey, we begin with an introduction to the general field of reinforcement learning, then progress to the main streams of value-based and policybased methods. Our survey will cover central algorithms in deep reinforcement learning, including the deep Q-network, trust region policy optimisation, and asynchronous advantage actor-critic. In parallel, we highlight the unique advantages of deep neural networks, focusing on visual understanding via reinforcement learning. To conclude, we describe several current areas of research within the field.

We present a retrospective on the state of Embodied AI research. Our analysis focuses on 13 challenges presented at the Embodied AI Workshop at CVPR. These challenges are grouped into three themes: (1) visual navigation, (2) rearrangement, and (3) embodied vision-and-language. We discuss the dominant datasets within each theme, evaluation metrics for the challenges, and the performance of state-of-the-art models. We highlight commonalities between top approaches to the challenges and identify potential future directions for Embodied AI research.

我们介绍了一个目标驱动的导航系统，以改善室内场景中的Fapless视觉导航。我们的方法在每次步骤中都将机器人和目标的多视图观察为输入，以提供将机器人移动到目标的一系列动作，而不依赖于运行时在运行时。通过优化包含三个关键设计的组合目标来了解该系统。首先，我们建议代理人在做出行动决定之前构建下一次观察。这是通过从专家演示中学习变分生成模块来实现的。然后，我们提出预测预先预测静态碰撞，作为辅助任务，以改善导航期间的安全性。此外，为了减轻终止动作预测的训练数据不平衡问题，我们还介绍了一个目标检查模块来区分与终止动作的增强导航策略。这三种建议的设计都有助于提高培训数据效率，静态冲突避免和导航泛化性能，从而产生了一种新颖的目标驱动的FLASES导航系统。通过对Turtlebot的实验，我们提供了证据表明我们的模型可以集成到机器人系统中并在现实世界中导航。视频和型号可以在补充材料中找到。

从“Internet AI”的时代到“体现AI”的时代，AI算法和代理商出现了一个新兴范式转变，其中不再从主要来自Internet策划的图像，视频或文本的数据集。相反，他们通过与与人类类似的Enocentric感知来通过与其环境的互动学习。因此，对体现AI模拟器的需求存在大幅增长，以支持各种体现的AI研究任务。这种越来越多的体现AI兴趣是有利于对人工综合情报（AGI）的更大追求，但对这一领域并无一直存在当代和全面的调查。本文旨在向体现AI领域提供百科全书的调查，从其模拟器到其研究。通过使用我们提出的七种功能评估九个当前体现的AI模拟器，旨在了解模拟器，以其在体现AI研究和其局限性中使用。最后，本文调查了体现AI - 视觉探索，视觉导航和体现问题的三个主要研究任务（QA），涵盖了最先进的方法，评估指标和数据集。最后，随着通过测量该领域的新见解，本文将为仿真器 - 任务选择和建议提供关于该领域的未来方向的建议。

Training embodied agents in simulation has become mainstream for the embodied AI community. However, these agents often struggle when deployed in the physical world due to their inability to generalize to real-world environments. In this paper, we present Phone2Proc, a method that uses a 10-minute phone scan and conditional procedural generation to create a distribution of training scenes that are semantically similar to the target environment. The generated scenes are conditioned on the wall layout and arrangement of large objects from the scan, while also sampling lighting, clutter, surface textures, and instances of smaller objects with randomized placement and materials. Leveraging just a simple RGB camera, training with Phone2Proc shows massive improvements from 34.7% to 70.7% success rate in sim-to-real ObjectNav performance across a test suite of over 200 trials in diverse real-world environments, including homes, offices, and RoboTHOR. Furthermore, Phone2Proc's diverse distribution of generated scenes makes agents remarkably robust to changes in the real world, such as human movement, object rearrangement, lighting changes, or clutter.

深度强化学习在基于激光的碰撞避免有效的情况下取得了巨大的成功，因为激光器可以感觉到准确的深度信息而无需太多冗余数据，这可以在算法从模拟环境迁移到现实世界时保持算法的稳健性。但是，高成本激光设备不仅很难为大型机器人部署，而且还表现出对复杂障碍的鲁棒性，包括不规则的障碍，例如桌子，桌子，椅子和架子，以及复杂的地面和特殊材料。在本文中，我们提出了一个新型的基于单眼相机的复杂障碍避免框架。特别是，我们创新地将捕获的RGB图像转换为伪激光测量，以进行有效的深度强化学习。与在一定高度捕获的传统激光测量相比，仅包含距离附近障碍的一维距离信息，我们提议的伪激光测量融合了捕获的RGB图像的深度和语义信息，这使我们的方法有效地有效障碍。我们还设计了一个功能提取引导模块，以加重输入伪激光测量，并且代理对当前状态具有更合理的关注，这有利于提高障碍避免政策的准确性和效率。

我们建议通过学习通过构思它预期看到的下一个观察来引导的代理来改善视觉导航的跨目标和跨场景概括。这是通过学习变分贝叶斯模型来实现的，称为Neonav，该模型产生了在试剂和目标视图的当前观察中的下一个预期观察（Neo）。我们的生成模式是通过优化包含两个关键设计的变分目标来了解。首先，潜在分布在当前观察和目标视图上进行调节，导致基于模型的目标驱动导航。其次，潜伏的空间用在当前观察和下一个最佳动作上的高斯的混合物建模。我们使用后医混合物的用途能够有效地减轻过正规化的潜在空间的问题，从而大大提高了新目标和新场景的模型概括。此外，Neo Generation模型代理环境交互的前向动态，从而提高了近似推断的质量，因此提高了数据效率。我们对现实世界和合成基准进行了广泛的评估，并表明我们的模型在成功率，数据效率和泛化方面始终如一地优于最先进的模型。

在这项工作中，我们提出了一种用于图像目标导航的内存调格方法。早期的尝试，包括基于RL的基于RL的方法和基于SLAM的方法的概括性能差，或者在姿势/深度传感器上稳定稳定。我们的方法基于一个基于注意力的端到端模型，该模型利用情节记忆来学习导航。首先，我们以自我监督的方式训练一个国家安置的网络，然后将其嵌入以前访问的状态中的代理商的记忆中。我们的导航政策通过注意机制利用了此信息。我们通过广泛的评估来验证我们的方法，并表明我们的模型在具有挑战性的吉布森数据集上建立了新的最新技术。此外，与相关工作形成鲜明对比的是，我们仅凭RGB输入就实现了这种令人印象深刻的性能，而无需访问其他信息，例如位置或深度。

视觉室内导航（VIN）任务已从数据驱动的机器学习社区中引起了人们的关注，尤其是在最近报告的基于学习方法的成功中。由于这项任务的先天复杂性，研究人员尝试从各种不同角度解决问题，其全部范围尚未在总体报告中捕获。这项调查首先总结了VIN任务的基于学习的方法的代表性工作，然后确定并讨论了阻碍VIN绩效的问题，并激发了值得探索社区的这些关键领域的未来研究。

体现了AI已经显示出对模拟中的丰富机器人任务的结果，包括视觉导航和操纵。事先工作通常与最短的路径一起追求高成功率，同时在很大程度上忽略了互动期间碰撞引起的问题。这种缺乏优先级识别是可以理解的：在模拟环境中，不存在破坏虚拟对象的固有成本。因此，尽管最终成功，但训练有素的代理经常具有与对象的灾难性碰撞。在机器人社区中，碰撞成本大，碰撞避免是一项长期的和关键的话题，以确保机器人可以安全地部署在现实世界中。在这项工作中，我们将第一步迈向碰撞/干扰体现AI代理，用于视觉移动操作，促进真正的机器人安全部署。我们在核心开发了一种新的干扰 - 避免方法是扰动预测的辅助任务。当与干扰罚款结合时，我们的辅助任务通过知识蒸馏到代理商的知识蒸馏而大大提高了样本效率和最终性能。我们对Manipulathor的实验表明，在用新型物体的测试场景上，我们的方法将成功率提高了61.7％至85.6％，而且在原始基线的29.8％至50.2％的情况下，成功率没有干扰。广泛的消融研究表明了我们流水线方法的价值。项目网站位于https://sites.google.com/view/disturb-free

对象目标导航要求机器人在以前看不见的环境中找到并导航到目标对象类的实例。我们的框架会随着时间的推移逐步构建环境的语义图，然后根据语义映射重复选择一个长期目标（“ where to Go”）以找到目标对象实例。长期目标选择被称为基于视觉的深度强化学习问题。具体而言，对编码器网络进行了训练，可以从语义图中提取高级功能并选择长期目标。此外，我们还将数据增强和Q功能正则化合并，以使长期目标选择更有效。我们在AI栖息地3D模拟环境中使用照片现实的Gibson基准数据集进行了实验结果，以证明与最先进的数据驱动基线相比，标准措施的性能改善。

这项工作调查了基于课程学习（CL）对代理商的绩效的影响。特别是，我们专注于机器人毛美导航的安全方面，比较标准端到端（E2E）培训策略。为此，我们提出了一种方法，即利用学习（tol）和微调在基于团结的模拟中的微调，以及Robotnik Kairos作为机器人代理。对于公平的比较，我们的评估考虑了对每个学习方法的同等计算需求（即，相同的相互作用和环境的难度数），并确认我们基于CL的方法使用TOL优于E2E方法。特别是，我们提高了培训的政策的平均成功率和安全，导致看不见的测试方案中的碰撞减少了10％。为了进一步确认这些结果，我们采用正式的验证工具来量化加强学习政策的正确行为数量超过所需规范。

移动机器人的视觉导航经典通过SLAM加上最佳规划，最近通过实现作为深网络的端到端培训。虽然前者通常仅限于航点计划，但即使在真实的物理环境中已经证明了它们的效率，后一种解决方案最常用于模拟中，但已被证明能够学习更复杂的视觉推理，涉及复杂的语义规则。通过实际机器人在物理环境中导航仍然是一个开放问题。端到端的培训方法仅在模拟中进行了彻底测试，实验涉及实际机器人的实际机器人在简化的实验室条件下限制为罕见的性能评估。在这项工作中，我们对真实物理代理的性能和推理能力进行了深入研究，在模拟中培训并部署到两个不同的物理环境。除了基准测试之外，我们提供了对不同条件下不同代理商培训的泛化能力的见解。我们可视化传感器使用以及不同类型信号的重要性。我们展示了，对于Pointgoal Task，一个代理在各种任务上进行预先培训，并在目标环境的模拟版本上进行微调，可以达到竞争性能，而无需建模任何SIM2重传，即通过直接从仿真部署培训的代理即可一个真正的物理机器人。

Training effective embodied AI agents often involves manual reward engineering, expert imitation, specialized components such as maps, or leveraging additional sensors for depth and localization. Another approach is to use neural architectures alongside self-supervised objectives which encourage better representation learning. In practice, there are few guarantees that these self-supervised objectives encode task-relevant information. We propose the Scene Graph Contrastive (SGC) loss, which uses scene graphs as general-purpose, training-only, supervisory signals. The SGC loss does away with explicit graph decoding and instead uses contrastive learning to align an agent's representation with a rich graphical encoding of its environment. The SGC loss is generally applicable, simple to implement, and encourages representations that encode objects' semantics, relationships, and history. Using the SGC loss, we attain significant gains on three embodied tasks: Object Navigation, Multi-Object Navigation, and Arm Point Navigation. Finally, we present studies and analyses which demonstrate the ability of our trained representation to encode semantic cues about the environment.

With the development of deep representation learning, the domain of reinforcement learning (RL) has become a powerful learning framework now capable of learning complex policies in high dimensional environments. This review summarises deep reinforcement learning (DRL) algorithms and provides a taxonomy of automated driving tasks where (D)RL methods have been employed, while addressing key computational challenges in real world deployment of autonomous driving agents. It also delineates adjacent domains such as behavior cloning, imitation learning, inverse reinforcement learning that are related but are not classical RL algorithms. The role of simulators in training agents, methods to validate, test and robustify existing solutions in RL are discussed.

尽管深度强化学习（RL）最近取得了许多成功，但其方法仍然效率低下，这使得在数据方面解决了昂贵的许多问题。我们的目标是通过利用未标记的数据中的丰富监督信号来进行学习状态表示，以解决这一问题。本文介绍了三种不同的表示算法，可以访问传统RL算法使用的数据源的不同子集使用：（i）GRICA受到独立组件分析（ICA）的启发，并训练深层神经网络以输出统计独立的独立特征。输入。 Grica通过最大程度地减少每个功能与其他功能之间的相互信息来做到这一点。此外，格里卡仅需要未分类的环境状态。 （ii）潜在表示预测（LARP）还需要更多的上下文：除了要求状态作为输入外，它还需要先前的状态和连接它们的动作。该方法通过预测当前状态和行动的环境的下一个状态来学习状态表示。预测器与图形搜索算法一起使用。 （iii）重新培训通过训练深层神经网络来学习国家表示，以学习奖励功能的平滑版本。该表示形式用于预处理输入到深度RL，而奖励预测指标用于奖励成型。此方法仅需要环境中的状态奖励对学习表示表示。我们发现，每种方法都有其优势和缺点，并从我们的实验中得出结论，包括无监督的代表性学习在RL解决问题的管道中可以加快学习的速度。

最近的视听导航工作是无噪音音频环境中的单一静态声音，并努力推广到闻名声音。我们介绍了一种新型动态视听导航基准测试，其中一个体现的AI代理必须在存在分散的人和嘈杂的声音存在下在未映射的环境中捕获移动声源。我们提出了一种依赖于多模态架构的端到端增强学习方法，该方法依赖于融合来自双耳音频信号和空间占用映射的空间视听信息，以编码为我们的新的稳健导航策略进行编码所需的功能复杂的任务设置。我们展示了我们的方法优于当前的最先进状态，以更好地推广到闻名声音以及对嘈杂的3D扫描现实世界数据集副本和TASTPORT3D上的嘈杂情景更好地对嘈杂的情景进行了更好的稳健性，以实现静态和动态的视听导航基准。我们的小型基准将在http://dav-nav.cs.uni-freiburg.de提供。