Natura-1发布:50B模型用百万小时人类数据驱动灵巧手零样本操作

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News Editor
2026-10-14 09:34:42
北京具身智能公司自然意志发布物理世界基础模型 Natura-1。该模型采用 50B 参数 MoE 架构,在 100 万小时第一人称人类经验数据上预训练,并以 100 毫秒控制回路驱动 20 自由度灵巧手。团队展示了包馄饨、泡茶、贴手机膜等一镜到底演示,并称模型在未针对测试任务追加训练的情况下,可在零样本基准上完成新任务,还观察到失败恢复等涌现行为。

对人来说,包馄饨往往只是一个再普通不过的动作:一手托皮,一手挑馅,对折、捏边、收口。可放到机器人身上,这类动作难度很高。手掌要持续承托一张会变形的面皮,手指要感受馅料和面皮的回弹,两只手还得在合适的时机完成交接。

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自然意志(Nature Will)最新发布的 Natura-1,正是朝这个方向推进的一次尝试。在一段 1 分 12 秒、原速、一镜到底的视频里,一双机器人灵巧手完成了包馄饨的全过程。

驱动这双手的是一个 50B 参数的混合专家(MoE)模型。根据自然意志介绍,Natura-1 在 100 万小时第一人称视角人类经验数据上完成预训练,以语言和视觉为输入,在 100 毫秒控制回路里驱动 20 自由度的灵巧手。

如果说包馄饨回答的是「能不能做好」,那 Natura-1 试图回答的,是另一个更难的问题:换成一个没练过的任务,模型能不能直接上手。

灵巧操作与通用能力为何难同时成立

灵巧操作本身就是机器人领域的难题。人手有二十多个自由度,日常物体又常常柔软、易变形、会回弹,每一次接触都会改变物体状态,机器人只能边做边调。与此同时,自由度越高,控制复杂度也会指数级增长。

平行夹爪能显著简化控制,但代价也很直接:很多需要承托、捻转和双手配合的动作,很难完成。自然意志团队的判断是,过去不少工作因此分成两端:一类面向夹爪追求通用策略,另一类则围绕单个任务打造灵巧操作系统。

在通用能力这一侧,行业已经出现 π0.7 等进展。但要把这种通用性落到灵巧手上,首先会卡在数据。泛化依赖大规模、多样化训练数据,而真机数据本来就昂贵,灵巧手的遥操作采集又慢又难。

团队还提到一个更根本的循环:机器人只能在它已经会工作的地方采集数据,而它又只能在已有数据覆盖的地方工作。要打破这个循环,数据来源就不能只依赖机器人本身。

于是,越来越多团队开始转向一个现成的数据源——人类自己的操作经验。

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今年 2 月,英伟达等机构发布 EgoScale,使用 20,854 小时第一视角人类操作视频预训练 VLA 模型,并观察到数据规模与验证损失之间存在对数线性关系。部署到 22 自由度灵巧手后,平均成功率比不做人类数据预训练的基线高出 54%。

半年后,这个量级又被推高约 50 倍。8 月 10 日,美国机器人公司 Dyna Robotics 发布世界—动作模型 DYNA-2,预训练使用超过 100 万小时第一视角人类视频,且预训练阶段不含任何机器人数据。按照 Dyna 的报告,数据从 1000 小时逐级扩大到 100 万小时后,模型在 14 个机器人任务上的平均归一化得分从 20% 升至 53%。

不过,这两项工作都没有绕开同一个环节:人类经验要落到具体任务上,仍需要额外适配。EgoScale 依赖少量人机对齐数据做中间训练,DYNA-2 则在每个评测任务上使用了最多 10 小时机器人数据做后训练。

在这样的背景下,自然意志提出的问题变得更具体:在一双高自由度灵巧手上,人类经验能不能不经过逐任务适配,直接迁移到新任务上。

Natura-1 的定位:一个模型,同时追求灵巧与零样本

自然意志成立于 2026 年 1 月,由清华大学电子工程系助理教授丁宁创立。公司将自己定义为以物理世界基础模型为核心的研究型公司,目标是通用物理智能(Physical AGI),也就是训练能在真实世界中完成感知、预测、推理与动作闭环的通用基础模型。

自然意志团队对机器之心表示,这一方向建立在两个判断上:其一,通用的物理世界基础模型有可能成立;其二,人类第一视角数据已经具备规模化采集条件。

团队称,这背后的方法论延续自大语言模型研究:模型、数据和基础设施需要一起发展。团队对机器之心表示:「我们沿用了大语言模型研究中模型规模和数据规模配合增长的思路。早期先用较小的模型和数据快速验证架构,确认方向后再逐步扩大,而不是一开始就确定必须做一个 50B 模型。」

Natura-1 是自然意志的第一个物理世界通用基础模型。训练分为两步:先在 100 万小时人类经验数据上预训练,再用有限机器人数据做一轮高效后训练,把预训练中学到的世界知识适配到灵巧操作上。

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与把「看懂指令」「预测世界」「生成动作」拆成不同模块的系统不同,Natura-1 采用单一 MoE Transformer,在语言、图像、视频和动作上联合训练。它瞄准两项能力:

  • 灵巧操作:依托灵巧手完成多指协同、物体姿态调整和复杂接触。
  • 零样本指令遵循:面对未见过的场景和任务,直接依据自然语言指令完成操作,包括处理空间约束、多物体关系和否定条件。

六段一镜到底演示:从包馄饨到写毛笔字

为了展示灵巧操作能力,自然意志团队放出了 6 个长程任务 demo。除包馄饨外,还包括泡茶、做酸奶碗、打包快递、贴手机膜和写毛笔字。最长一段超过 3 分钟,全部为原速、一镜到底、无人工干预。

这些演示都不是单一步骤。每段流程里,机器人都要连续处理液体、颗粒、柔软工具和柔性部件。

以贴手机膜为例,这段演示时长约 3 分钟。Natura-1 先擦拭屏幕,再把预装保护膜的对位框套上手机,双手对齐并压实;随后,一只手把手机和对位框抵在夹具上,另一只手连贯抽出离型膜,最后再用指尖沿边角推压,把气泡赶走。

在打包快递任务中,模型需要在拉菲草、毛绒玩具和笔记本之间切换抓取方式,一只手压住会回弹的箱盖,另一只手推动胶带器封箱,最后贴标签、扫条码。

这类动作的共同点在于,执行过程会不断改变物体形状和接触条件,模型必须依据实时反馈持续修正,而不是沿着固定轨迹走完。

团队也特别说明,这 6 段演示展示的是任务微调后的操作深度。要判断能力能否迁移到没练过的任务上,还要看零样本测试。

零样本测试:不为测试任务追加采集和训练

自然意志团队对机器之心解释,他们所说的 Zero-shot,是指模型完成预训练和真机后训练后,不再针对测试任务专门采集数据、追加训练,而是直接接受指令并执行。

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团队搭建了一套覆盖 12 个能力维度的基准测试。测试任务及其场景、动作组合都没有出现在后训练数据中。每段测试视频旁边,还并排放出训练集中最相近的示范,供外界判断差异。

例如有一项任务要求把苹果放进碗里、把瓶子放上托盘,再把托盘端走。训练集中只有「拿起水果」和「端起已装好的托盘」这样的分立动作。Natura-1 则把这些动作组合起来,端托盘时也没有碰到旁边另一只托盘。

在这套基准上,π0.5 和 OpenAI 的 GPT-6 Astra——后者以编写代码的方式充当控制策略——在灵巧手平台上都未能得分。换到夹爪平台后,两者分别得到 13.5 分和 16.7 分。Natura-1 在灵巧手上得到 53.4 分(Base)和 59.1 分(Agentic)。

团队还表示,Natura-1 在执行时间上也有明显优势。

除了基准测试,团队还用研究员日常临时想到的开放指令做了测试,其中不少题目刻意设置得较为刁钻。比如同样是把牙刷盒和水瓶放进筐里,指令分别要求双手同时放、先左后右、先右后左,Natura-1 都按要求执行。

对于「未见过」这一说法,团队也给出限定:预训练数据覆盖很广,其中可能已经包含相关物品和操作经验,因此这里的「未见过」,主要是相对于真机后训练而言。团队举例称,按下笔记本电脑空格键这个任务没有出现在机器人后训练数据里,但在人类视频中很可能出现过类似动作。

这也说明了这一路线下零样本的含义:人类视频中的经验,能否在没有对应机器人数据时,被直接调用到真机上。团队对机器之心表示:「我们关注的,不只是换一个物体还能不能抓取,也包括面对没有专门训练过的任务要求,能否把已有能力组织起来、完成任务。」

团队观察到的涌现行为:失败恢复与临时改策

在正式测试之外,团队还记录到一些不在计划内的行为。

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一个刻意布置的场景中,装着毛线的篮子放在够不到的高台上,提手里穿着一根长杆,指令只有一句「试试拿到毛线(Try to grasp the yarn)」。Natura-1 先抓住长杆把篮子拉近,再一只手稳住长杆,另一只手取出毛线。

另一次,模型没能从边缘捏起一张扑克牌,于是改为把牌推到盒子边缘,让一部分悬空,再双手配合拿起。团队介绍,这些中间步骤在机器人示范数据里都没有对应。

团队回忆,在数据规模较小时,模型如果没抓住,手仍会按原计划继续移动;规模扩大后,模型开始能及时调整并重新尝试。自然意志团队对机器之心表示:「我们在真机后训练中并没有刻意采集这类失败恢复示范,但模型仍然表现出了恢复能力。我们的判断是,大规模人类预训练数据包含了丰富的调整和重试经验,模型从中学到了如何应对操作中的变化。」

不过团队也表示:「这是我们在扩大训练规模时观察到的现象;具体能力来源和机制,还需要进一步研究。」

能力从哪里来:数据、模型与基础设施一起设计

在自然意志团队看来,长程灵巧操作和零样本泛化不会偶然出现。人类经验数量足够大,但只是原料,要把它转成机器人动作,需要数据、模型和基础设施同时配合。

  • 数据负责给每段录像配上语言和动作监督。
  • 模型负责从每条轨迹里学到尽可能多的信息。
  • 基础设施既要支撑大规模训练,也要在 100 毫秒内完成推理。

Natura-1 的训练数据来自筛选后的 100 万小时第一视角人类经验,包含约 6170 万个片段、31.8 万个任务和 1.4 万个场景,以受控采集为主,并辅以互联网第一视角视频。

团队使用结构化任务分类体系和智能体工作流分析覆盖缺口,把采集优先级调整到稀缺区域。原始录像需要经过清洗去重、动作重建和分层语言标注,才能变成「视频—语言—动作」轨迹。按照团队说法,在内部基准上,其自研动作重建管线的关节位置误差比现有开源方法低 41%。

团队认为,选择人类数据和选择灵巧手,其实是同一个决定。团队对机器之心表示:「家庭和工业场景中的很多工具、操作方式都是围绕人手设计的,我们希望机器人能够适应这些工具,而不是每进入一个场景都重新改造工具和流程。」

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另一方面,人类第一视角数据更容易规模化采集,而使用灵巧手,可以保留更丰富的手部动作信息,减少把人手动作压缩成夹爪开合时的信息损失。

基础设施

「Make everything scalable」是自然意志团队的技术理念。

数据侧,数据湖仓管理着数十 PB 数据,基于 Kubernetes 的并行管线每周能产出 35 万小时,吞吐随算力近似线性增长。团队介绍,这套管线的设计目标是:当数据量增加 10 倍时,通过相应增加约 10 倍资源,仍能在接近原来的时间内完成处理,而不必重新搭建整套系统。

训练侧,自研框架在数百张 GPU 上实现超过 50% 的模型算力利用率,自研注意力算子的吞吐是调优后 FlexAttention 的 6 倍以上。

推理侧,用 Rust 重写的服务框架把端到端延迟压进 100 毫秒,满足真机实时控制。

团队表示:「这背后的思路与大语言模型的基础设施建设是一致的:数据和模型规模会持续增长,系统需要提前为这种增长做好准备。」

模型

Natura-1 把整个任务片段按语言、图像、视频和动作 token 排成一条序列,采用自回归建模,骨干是标准的 MoE Transformer。

它的核心思路,是把视频和动作看作同一物理状态的两种投影。动作标签稀缺,视频却更丰富,因此模型以前序视频作为记忆、预测未来视频,并用流匹配同时训练视频与动作,从每条轨迹中获得更多监督。

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为了避免模型只看画面而忽略指令,预训练阶段还借助细粒度描述让语言承担更高权重,使不同意图对应不同预测结果。

团队给出的 Scaling 曲线显示,训练经验从约 4.4 万小时增加到 100 万小时后,模型在人类留出数据上的动作预测误差(MSE)下降 47.7%;同一套权重在真机留出数据上的误差下降 67.7%。团队说明,这两项指标是 Teacher Forcing 下的预测误差,而不是任务成功率,但它们说明人类经验规模增长确实能传导到机器人表现上。

后续方向与行业背景

自然意志认为,Natura-1 已经给出了灵巧与通用可以共存的早期证据。对于下一阶段,团队对机器之心表示:「我们最核心的目标,是继续提升模型在不同任务和场景中的泛化能力,并让它更可靠地完成真实世界里的复杂任务。」

团队称,目标是从「能够完成部分步骤」走向「稳定、高效地完成整件事情」。为此,他们计划把触觉信息加入数据和模型,在更大规模数据上预训练,降低迁移到机器人时的适配成本,并让模型能在更便宜的硬件上运行。团队预计,这会是一项长期投入。

放到更大的行业背景里,这一路线正在从少数团队的押注,变成越来越多人的共识。今年 6 月,一项名为 HumanScale 的研究在相同数据规模下比较了两种预训练数据,结果显示第一视角人类视频的效果可以超过遥操作采集的真机数据,在分布外泛化上的优势最明显。8 月发布 DYNA-2 的 Dyna Robotics 也表示,下一步要把训练规模扩大到 1000 万小时。

当百万小时不再稀缺,竞争重点也在变化:同样的人类视频,能否被更准确地重建成动作、标注成语言;模型落到机器人身上时,需要多少适配;以及该用什么样的本体去承接这些经验。

Natura-1 选择的是其中难度最高的一种组合:用一双高自由度灵巧手承接人类经验,并让同一个模型直接面对没练过的任务。这条路线能走多远,既取决于灵巧手的稳定性和成本能否跟上,也取决于人类经验的 Scaling 曲线能否继续延伸。

在一个由人手塑造、供人手取用的世界里,向人手学习能让机器人走多远,Natura Will 给出了一份可以被检验的早期答卷。

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