実世界における自律型 AI の基盤
Amazon Science は、2026 年を物理世界における AI エージェントの転換点とし、幻覚現象を防ぐための「物理的接地」の重要性と具体的な 4 つのアプローチを提案している。
キーポイント
物理的世界への移行と Project Eluna の登場
2026 年を AI が単なる知識を持つモデルから、物理世界で計画・実行を行うエージェントへ転換する時期とし、Amazon の物流センター運用を革新する「Project Eluna」の導入事例を紹介している。
物理的幻覚(Hallucination)のリスクと定義
仮想空間での事実誤認とは異なり、物理システムにおける幻覚は運動量や質量などの物理法則を無視する結果となり、人的被害や設備損傷という致命的な現実違反を引き起こす危険性を指摘している。
物理的接地の 4 つのアプローチ
モデルの推論に外部情報(ドメイン特化データ、物理法則、数値シミュレーション)を統合する「物理的接地」を実現するための具体的な手法として、物理ガイド付きディープラーニングなどの 4 つの柱を提案している。
影響分析・編集コメントを表示
影響分析
この記事は、生成 AI がデジタル領域から物理世界へ展開する際の最大の障壁である「安全性と現実適合性」に対する体系的な解決策を提示しており、産業用ロボティクスや物流自動化の未来像を明確に示しています。特に「幻覚」という概念を物理法則違反という文脈で再定義し、実装指針を示した点は、AI エージェントの実社会導入におけるリスク管理の基準となる重要な知見です。
編集コメント
AI がデジタル世界から物理世界へ進出する際の致命的な弱点である「幻覚」を、物理法則の観点から厳密に定義し、実装アプローチまで示した非常に質の高い技術記事です。
2026 年は AI の風景における決定的な転換点となります:私たちは単に知識を持つモデルから、行動するエージェントへと移行しました。ファウンデーションモデル(FMs)— 大規模データセットで事前学習され、多様な下流タスクのために微調整された大規模 Transformer モデル — は、チャットボットやコーディング、その他のデジタルアプリケーションを遥かに超えて発展しています。現在、これらは物理世界における AI エージェントの認知エンジンとして活用されており、倉庫や工場から交通システム、病院に至るまで、複雑でデジタルに統合された環境において計画を立て、ツールを使用し、多段階のタスクを実行します。アマゾンでは、「Project Eluna」の登場を通じて、この「物理的 AI」という新時代の移行を見ることができます。これは、アマゾンの fulfillment centers(倉庫)の運用方法を変革するために設計されたエージェント型 AI モデルです。しかし、高リスクな物理環境で有用であるためには、エージェントは単に自然言語を流暢に扱うだけでなく、物理法則や運用上の制約に基づいて「grounded」(根付いた状態)である必要があります。特に、私たちはハルシネーション(幻覚)の課題を克服しなければなりません。これは仮想環境では、捏造された情報 — 架空の引用、事実の不正確さ、論理的誤謬など — として現れ、高い確信度で出力されます。物理システムにおいて、このようなハルシネーションは現実の法則に違反し、有害な結果を招く可能性があります。例えば、移動する物品の運動量や質量を無視したロボット経路をエージェントが提案した場合、その出力は人々にとって潜在的に危険であったり、製品や機器に損傷を与えたりする恐れがあります。
本記事では、AI エージェントを物理世界に「grounding」するための 4 つのアプローチを提案します。ここでいう「grounding」とは、ドメイン固有のデータセット、物理法則、数値シミュレーションなどの外部情報を統合し、モデルの推論に文脈を与えることを指します。これら 4 つのアプローチは、特定のアプリケーションに応じて個別に、または組み合わせて使用することができます。これらのアプローチを実用的に実装することは、AI エージェントの安全かつ生産的な利用を加速するだけでなく、さらに新しいドメインへの拡大も可能にするでしょう。
Grounding の 4 つの柱
Project Eluna はクラウド上に存在し、デジタルダッシュボードを通じて倉庫内の運用を管理するオペレーターを支援するエージェント型 AI モデルです。複雑な運用状況を推論し、運用管理者に対して行動を推奨するというある程度の自律性を持って動作するように設計されています。コンベアベルトやロボットの状態などの歴史的およびリアルタイムデータを取得し、ボトルネックを予測して円滑な運用を維持します。ここで説明する AI エージェントを grounding するための 4 つのアプローチは、カリフォルニア大学サンディエゴ校での私の研究と、アマゾン・フルフィルメント・テクノロジー(AFT)チームとの協力から生まれたものであり、Eluna のようなエージェントが物理的に一貫性を持ち、運用上信頼できることを保証するのに役立ちます。
- 物理学誘導型深層学習
従来のファウンデーションモデルはデータ内の統計パターンを模倣して学習できますが、質量、エネルギー、運動量の保存といった物理宇宙の硬直した制約を尊重できないことがよくあります。物理学誘導型深層学習(PGDL: Physics-guided deep learning)では、事前学習段階でファウンデーションモデルに第一原理に基づく物理知識を統合します。第一原理には、回転やその他の変換のような帰納的バイアスとしての対称性や、ロボットの運動や制御などに使用される微分方程式などが含まれます。これにより、予測が支配的な物理法則に従うことが保証されるだけでなく、モデルを物理学に基づいて grounding することで、はるかに小さなデータセットから学習することが可能になります。モデルがすでに力学の基本原理を「知っている」場合、満足できる精度を達成するために必要なデータ量は少なくて済みます。
- 不確実性意識型推論
大規模言語モデル(LLMs)は、不確かな予測に対して過剰な自信を示す傾向があり、それが高い確信度で誤情報を主張することにつながります。ミッションクリティカルな設定において AI エージェントが信頼できるものであるためには、自分が何を知らないかを認識している必要があります。私たちのフレームワーク(UQ4CT: Uncertainty-aware Reasoning for Complex Tasks)を使用することで、入力プロンプトを出力にマッピングする関数の空間全体に対して較正された不確実性を生成します。このフレームワークは「エキスパートの混合(mixture of experts)」と呼ばれるアプローチを採用しており、モデルが特定の専門知識を持つより小さな「サブネットワーク」に分割されます。私たちの UQ4CT フレームワークにより、モデルは自信の見積もりを予測の正しさと動的に整合させることができます。実用的には、較正された不確実性に基づいて grounding されたエージェントは、内部の不確実性が安全閾値を超えた場合に動作を停止したり、人間の介入を要求したりでき、疫学的予測や稀な気象事象など比較的少数のデータセットで微調整されたモデルであっても信頼性を確保します。UQ4CT は 5 つのベンチマーク全体で高い精度を維持しつつ、期待較正誤差(ECE: Expected Calibration Error)が 25% 以上減少することを示しました。これは、モデルの見積もり「確率」が真の観測確率とどの程度一致しているかを測定する指標です。分布シフトの下でも、UQ4CT は高い精度を維持しながら優れた ECE パフォーマンスを保ち、改善された一般化能力を示しています。
- テキストから数値へのギャップの橋渡し
ファウンデーションモデルは自然言語の達人ですが、物理世界の法則は数学と高次元データという言語で記述されています。これはロボット工学、サプライチェーン管理、金融などの分野で使用されるようなものです。信頼できるエージェントは、言語を通じて表現された人間の意図を、精度を失うことなく正確な数値実行に変換する必要があります。私たちのグループは、2 つの主要なメカニズムに依存する「学習中の適応(AWL: Adapting-while-learning)」フレームワークを開発しました。1 つ目は「世界知識蒸留」と呼ばれるもので、AI エージェントが物理世界のシミュレーターと相互作用して、物理的に何が可能かについての幅広い情報を収集します。この知識は教師あり微調整を通じて内部化され、エージェントの将来の出力を効果的に grounding します。2 つ目のメカニズムは「動的ツール適応」であり、基盤モデルが現在のタスクの複雑さに対して元のトレーニングが不十分であると認識した際に、専門的な数値シミュレーターを呼び出す仕組みです。このアプローチは気候科学や疫学において特に有用です。例えば、科学者がワクチン配布を計画する必要がある場合、彼らの元々のモデルは疾病の拡散を表す外部データセットを呼び出します。AWL を使用しない元のモデルと比較して、AWL で事後トレーニングされたモデルは、回答精度が 29% 向上し、シミュレーターツールの利用率が 12% 改善されました。これは GPT4o や Claude-3.5 を含む最先端モデルを物理科学データセットで上回る結果です。
- 検証器拡張型 grounding
検証器(Verifiers)は、LLM の外部にあるソフトウェアであり、モデルが論理と現実の範囲内で動作していることを保証するために使用されます。私たちの気象 AI エージェント「Zephyrus」は、検証器を使用して気象科学におけるファウンデーションモデルの推論を精緻化します。Zephyrus は、「反射的(reflective)」な対話ループで動作し、エージェントが外部の気象データセットを照会するコードを書き、物理結果を観察し、出力が検証器によって科学的に不 plausible とフラグされた場合に推論を修正します。もう一つの検証器「Hilbert」は、数学的推論のために特に使用されます。LLM は一般的にすでに数学的証明を生成できますが、これらの証明が正しいかどうかを確認するには人間の介入が必要です。しかし、Lean 4 などのいわゆる証明システムが存在し、自動検証を提供することができます。これにより、形式化された数学言語で証明を生成できる専用のプロバー LLM を構築する取り組みが促進されました。しかし現在までに、これらのプロバーは自然言語で動作する汎用 LLM に比べて解決する問題の数が大幅に少ないのが実情です。Hilbert は、複雑な数学的問題をサブゴールに分割し、別の形式検証器からのフィードバックを使用して再帰的にそれらを検証することで、このギャップを埋めます。このプロセスにより、エージェントの出力が証明可能に正しいことが保証されます。私たちは、公開されている最高のプロバー LLM に対して驚異的な 422% のパフォーマンス向上を示しました。
今後の展望
これらの 4 つの柱が、LLM を現実に grounding するための堅固な基盤を築くと信じています。同時に、AI エージェントと物理世界のつながりを深めるためのいくつかの研究方向があります。第一に、ファウンデーションモデルはより複雑で多様な精度(multifidelity)の数値シミュレーションと相互作用するように微調整でき、関数呼び出しを超えてエージェント型ツールへと移行し、推論中にいつ、どの程度の精度でシミュレーターを呼び出すべきかという内部感覚を獲得する方向へ進むことができます。第二に、不確実性はハルシネーションの検出器としてだけでなく、内在的な報酬信号としても機能でき、エージェントが自信が低い領域や驚きが多い領域、知識が不完全な環境領域を探査するように訓練することができます。第三に、物理法則とドメイン制約は、プロセス計画中に形式検証器として埋め込むことができます。これらは実行前に、提案されたすべての行動を保存則、運動学的限界、安全範囲に対してチェックできます。これらの技術が成熟するにつれ、それらはますます協調して機能するようになります:物理学誘導型学習と較正された不確実性、そして形式検証を組み合わせるエージェントは、単一の柱に依存するものよりもはるかに堅牢になります。究極的に、AI エージェントがますます複雑な物理ドメインへと拡大していく中で、忠実な推論と効果的な grounding が、エージェント型 AI が物理世界全体で安全かつ信頼性高く、大規模に運用されることを保証するための指針となる原則となります。
原文を表示
The year 2026 marks a definitive shift in the AI landscape: we have moved from models that simply know to agents that do. Foundation models (FMs) — large Transformer models pretrained with massive datasets and fine-tuned for diverse downstream tasks — have moved far beyond chatbots, coding, and other digital applications. They are now used as the cognitive engines for AI agents in the physical world, where they plan, use tools, and execute multistep tasks across complex, digitally integrated environments, from warehouses and factories to transportation systems and hospitals. At Amazon, you can see the transition to this new era of "physical AI" in the debut of Project Eluna, an agentic AI model designed to transform how Amazon fulfillment centers operate. To be useful in a high-stakes physical environment, however, an agent needs to be more than fluent in natural language; it needs to be grounded in physical laws and operational constraints. In particular, we must overcome the challenge of hallucination, which, in virtual environments, takes the form of fabricated information — made-up citations, factual inaccuracies, and logical fallacies, all output with high levels of certainty. In a physical system, such hallucinations can lead to violations of reality, with detrimental consequences. For example, if an agent suggests a robotic path that ignores the momentum and mass of the items being moved, its output could be potentially dangerous to people or result in damage to products or equipment. In this article, I propose four approaches to grounding AI agents in the physical world, where "grounding" is defined as the integration of external information, including domain-specific datasets, physical principles, and numerical simulations, to contextualize a model's reasoning. All four approaches can be used separately or in combination, depending on the specific application. Practical implementation of these approaches will not only accelerate the safe and productive use of AI agents but could allow for their further expansion into new domains. Four pillars of grounding Project Eluna is an agentic AI model that lives in the cloud and assists operators who manage operations within fulfillment centers via digital dashboards. It’s designed to act with a degree of autonomy, reasoning through complex operational situations and recommending actions to operation managers. It pulls in historical and real-time data — such as the states of conveyor belts or robots — to anticipate bottlenecks and keep operations running smoothly. The four approaches to grounding AI agents that I describe here grew out my research at the University of California, San Diego, and with the Amazon Fulfillment Technology (AFT) team, and they help ensure that agents like Eluna are physically consistent and operationally reliable. 1. Physics-guided deep learning. Traditional foundation models can learn to mimic statistical patterns in data but often fail to respect the hard constraints of the physical universe, such as the conservation of mass, energy, or momentum. In physics-guided deep learning (PGDL), we integrate first-principle physical knowledge into the foundation model in pretraining. First principles include symmetries, such as inductive biases like rotations and other transformations, and differential equations that could be used, for instance, in a robot’s motion and control. Not only does this ensure that predictions obey governing physical laws, but grounding a model in physics allows it to learn from significantly smaller datasets. If the model already "knows" the fundamental principles of dynamics, it requires less data to achieve satisfactory accuracy. 2. Uncertainty-aware reasoning. LLMs often exhibit overconfidence in uncertain predictions, which can lead to the assertion of misinformation with high certainty. For an AI agent to be trustworthy in a mission-critical setting, it must know when it does not know. Using our framework (UQ4CT), we produce calibrated uncertainty over the space of functions that map input prompts to outputs. The framework uses an approach called mixture of experts, in which the model is divided into smaller “subnetworks”, each with specific expertise. Our UQ4CT framework allows the model to dynamically align its confidence estimates with predictive correctness. Practically speaking, an agent grounded using calibrated uncertainty can halt or request human intervention when its internal uncertainty exceeds a safety threshold, ensuring reliability even when a model has been fine-tuned with relatively small datasets such as epidemiological forecasts or rare weather events. UQ4CT preserves high accuracy across five benchmarks while demonstrating over 25% reduction in expected calibration error (ECE), a measure of how well a model's estimated "probabilities" match the true, observed probabilities. Even under distribution shift, UQ4CT maintains superior ECE performance with high accuracy, showcasing improved generalizability. 3. Bridging the text-to-numerical gap. While foundation models are masters of natural language, the laws of the physical world are written in the language of mathematics and high-dimensional data, the kind used in fields like robotics, supply chain management, and finance. A trustworthy agent must translate human intent, expressed through language, into precise numerical execution without losing accuracy. Our group developed the adapting-while-learning (AWL) framework, which relies on two key mechanisms. The first is called world-knowledge distillation, where AI agents interact with simulators of the physical world to gather a range of information about what’s physically possible. This knowledge is internalized through supervised fine tuning, effectively grounding the agents’ future outputs. The second mechanism is dynamic tool adaptation, in which a foundation model calls a specialized numerical simulator when it recognizes that its original training is insufficient for the complexity of the current task. This approach is particularly useful in climate science or epidemiology. For instance, if scientists need to plan for vaccine distribution, their original model would call on outside datasets representing disease dissemination. Compared to original models without AWL, those post-trained with AWL achieved 29 percent higher answer accuracy and 12 percent better usage of simulator tools, even surpassing state-of-the-art models including GPT4o and Claude-3.5 on physical-science datasets. 4. Verifier-augmented grounding. Verifiers are software external to LLMs that can be used to ensure that the models work within the bounds of logic and reality. Our weather AI agent, Zephyrus, uses verifiers to refine the reasoning of foundation models in weather science. Zephyrus works in a “reflective” interactive loop, where the agent writes code to query outside weather datasets, observes physical results, and revises its reasoning if the output is flagged by a verifier as scientifically implausible. Another verifier, Hilbert, is used specifically for mathematical reasoning. LLMs, in general, can already generate mathematical proofs, but they need humans to verify whether these proofs are correct. However, there exist so-called proving systems, such as Lean 4, that can offer automatic verification. This has prompted efforts to build specialized prover LLMs that can generate proofs in formal mathematical language. So far, however, these provers solve substantially fewer problems than general-purpose LLMs operating in natural language. Hilbert bridges this gap by breaking complex mathematical problems into subgoals and using feedback from a separate formal verifier to validate them recursively. This process ensures that the agent’s outputs are provably correct. We’ve shown an impressive 422 percent performance improvement over the best publicly available prover LLM. Looking ahead We believe these four pillars lay a solid foundation for grounding LLMs in reality. Meanwhile, several research directions stand to deepen the connection between AI agents and the physical world. First, foundation models can be fine-tuned to interact with more complex, multifidelity numerical simulations, moving beyond function calls to agentic tools and toward an internalized sense for when and at what fidelity to invoke a simulator during reasoning. Second, uncertainty can serve not only as a hallucination detector but also as an intrinsic reward signal, training agents to explore areas of the environment where they have low confidence, high surprise, or incomplete knowledge. Third, physical laws and domain constraints can be embedded as formal verifiers during process planning. They can check every proposed action against conservation principles, kinematic limits, and safety envelopes before execution. As these techniques mature, they will increasingly work in concert: an agent that couples physics-guided learning with calibrated uncertainty and formal verification will be far more robust than one relying on any single pillar alone. Ultimately, as AI agents expand into increasingly complex physical domains, faithful reasoning and effective grounding will be the guiding principles to ensure that agentic AI operates safely, reliably, and at scale across the physical world.
関連記事
NVIDIA Cosmos 3 で物理 AI の推論・世界モデル・行動モデルを開発する
NVIDIA は、ロボットや自律走行車などが現実世界を理解して動作するために必要な物理 AI の推論、世界モデル、行動モデルを構築できる「Cosmos 3」を発表した。
テック企業があなたの家事を撮影することに必死になっている理由
AI学習スタートアップのShiftは、ニューヨークやロンドンで無料で清掃サービスを提供する代わりに、利用者の自宅での様子を撮影してデータ収集を行う計画を発表した。
コパイロットを超えて、マイクロソフトの AI が運転席を握る
マイクロソフトはビルドカンファレンスで、ユーザーの行動を常時監視して背景で自動実行する新カテゴリ「オートパイロット」を発表し、その第 1 弾エージェント「スカウト」を紹介した。