Labimus: A Simulation and Benchmark for Humanoid Dexterous Manipulation in Chemical Laboratory
作者: Yuhan Wu, Zhao Jin, Tao Li, Yuheng Zhang, Zhengping Che, Jian Tang, Zhichao Wang, Shuo Wang, Jun Jiang, Xiaobo Li, Yanyong Zhang, Yan Xia
分类: cs.RO
发布日期: 2026-06-30
备注: Project page: https://labimus.github.io/
💡 一句话要点
提出Labimus以解决化学实验室人形机器人灵巧操作评估问题
🎯 匹配领域: 支柱一：机器人控制 (Robot Control)
关键词: 人形机器人 灵巧操作 实验室自动化 基准测试 有机化学 动态环境 精度评估
📋 核心要点
- 现有的实验室操作标准化困难，尤其是在动态和精度要求高的环境中，导致人形机器人灵巧操作的评估缺乏有效基准。
- 本文提出Labimus基准，通过真实到仿真的建模重建有机化学实验室的操作资产，涵盖核心实验操作并定义标准化流程。
- 实验结果显示，尽管某些策略能够完成实验任务，但仍未能满足实验协议所需的定量容忍度，揭示了任务完成与实验有效性之间的差距。
📝 摘要（中文）
实验室自动化通过机器人平台和人工智能驱动的科学推理取得了显著进展。然而，许多实验操作（如固体转移）仍然具有动态特性，需要实时适应不同材料和实验条件。针对这一挑战，本文提出Labimus，这是首个针对有机化学实验室人形灵巧操作的基准测试。Labimus重建了30多个真实有机化学工作站的功能性资产，涵盖了常规实验的核心操作，并定义了六个原子操作和七步固体称重工作流程。我们还引入了一种精度感知评估协议，旨在共同测量任务完成度、实验精度和长时间执行。实验结果揭示了任务完成与实验有效性之间的基本脱节，为开发可靠的人形机器人提供了新的测试平台。
🔬 方法详解
问题定义：本文旨在解决现有实验室操作中人形机器人灵巧操作评估缺乏标准化基准的问题。现有方法在动态环境下难以适应不同材料和实验条件，导致操作精度不足。
核心思路：Labimus基准通过重建真实有机化学工作站的功能性资产，结合粒子物理学和闭环仪器读数，提供了一个完整的操作到测量的管道，以支持人形机器人在实验室中的灵巧操作。
技术框架：Labimus的整体架构包括资产重建、操作定义、评估协议和基准测试四个主要模块。资产重建模块涵盖了30多个实验室资产，操作定义模块包括六个原子操作和七步固体称重流程，评估协议则关注任务完成度和实验精度。
关键创新：Labimus是首个针对有机化学实验室人形灵巧操作的基准，创新性地结合了动态实验环境与精度评估，揭示了任务完成与实验有效性之间的脱节。
关键设计：在评估协议中，设计了精度感知的评估指标，考虑了任务完成、实验精度和长时间执行的综合表现，确保了评估的全面性和准确性。实验中使用了多种策略进行基准测试，验证了不同策略在动态环境下的表现。
🖼️ 关键图片
📊 实验亮点
实验结果表明，尽管某些策略能够成功完成实验任务，但仍未能满足实验协议所需的定量容忍度，揭示了任务完成与实验有效性之间的显著差距。这一发现为未来的机器人操作策略优化提供了重要参考。
🎯 应用场景
Labimus基准的潜在应用领域包括化学实验室的自动化操作、机器人科学研究以及人形机器人在复杂环境中的灵巧操作开发。该研究为提高实验室操作的自动化水平和精度提供了新的思路，未来可能推动科学实验的智能化进程。
📄 摘要（原文）
Laboratory automation has made remarkable progress through robotic platforms and AI-driven scientific reasoning. However, many laboratory operations (e.g., solid--solid transfer) remain inherently dynamic and require real-time adaptation to different materials and experimental conditions. Such precision-critical manipulations are difficult to standardize, motivating the use of humanoid robots with dexterous hands. Despite this opportunity, no existing benchmark evaluates humanoid manipulation in precision-critical laboratory environments. We present Labimus, to our knowledge, the first benchmark for humanoid dexterous manipulation in organic chemistry laboratories. Labimus reconstructs over 30 functionally faithful assets from real organic chemistry workstations through real-to-sim modeling, collectively covering the core operations of routine organic chemistry experiments. The benchmark integrates articulated laboratory instruments, particle-based powder physics, and closed-loop instrument readouts, enabling a complete manipulation-to-measurement pipeline. It further defines six atomic operations and a seven-step solid-weighing workflow derived from real laboratory standard operating procedures. We introduce a precision-aware evaluation protocol designed to jointly measure task completion, experimental precision, and long-horizon execution. We benchmark three representative policies under procedural layouts and environmental perturbations. Results reveal a precision gap: policies that successfully complete laboratory tasks can still fail to satisfy the quantitative tolerances required by experimental protocols. Our benchmark exposes a fundamental disconnect between task completion and experimental validity, providing a new testbed for developing reliable humanoid robots for scientific laboratories.