美國是機(jī)器人的誕生地，早在1962年就研制出世界上第一臺工業(yè)機(jī)器人，比“機(jī)器人王國”日本起步至少要早五六年，但此后卻被日本趕超。美國政府于2011年推出“國家機(jī)器人計劃”，以“建立美國在下一代機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用方面的領(lǐng)先地位”。

今年夏天，一家名為MegaBosts的美國新創(chuàng)公司向日本水道橋重工公司下戰(zhàn)書，希望雙方制造的大型機(jī)器人在一年后一對一單挑決斗。這一舉動大致反映了兩國在機(jī)器人尤其是工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域的現(xiàn)狀：日本處于全球領(lǐng)先水平，而美國正在急追直趕欲重奪“領(lǐng)頭羊”位置。

讓位與趕超

美國是機(jī)器人的誕生地，早在1962年就研制出世界上第一臺工業(yè)機(jī)器人，比“機(jī)器人王國”日本起步至少要早五六年，但此后卻被日本趕超。2009年5月，由美國產(chǎn)學(xué)研各界140多名專家推出的1.0版美國機(jī)器人路線圖寫道：“盡管工業(yè)機(jī)器人誕生在美國，但在這個領(lǐng)域占據(jù)全球領(lǐng)先地位的是日本和歐洲。”

在這份路線圖發(fā)布后，美國政府于2011年推出“國家機(jī)器人計劃”，以“建立美國在下一代機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用方面的領(lǐng)先地位”。2013年，美國推出2．0版機(jī)器人路線圖，雖然強(qiáng)調(diào)美國聯(lián)邦政府在國防以外的機(jī)器人投入相比其他國家的規(guī)模依然較小，但美國機(jī)器人落后于日本與歐洲的表述已被刪除。

美國佐治亞理工學(xué)院機(jī)器人與智能機(jī)器研究所所長亨里克•克里斯滕森教授是兩版路線圖的主要起草人之一。他告訴新華社記者：“與日本相比，美國（機(jī)器人領(lǐng)域）很明顯有了強(qiáng)勁的增長。依據(jù)歐盟出臺的‘地平線2020’計劃，歐盟在機(jī)器人方面也有與美國相當(dāng)?shù)陌l(fā)展速度。”

謀定而后動

克里斯滕森表示，“國家機(jī)器人計劃”及相應(yīng)的“先進(jìn)制造業(yè)計劃”給美國多個機(jī)器人產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域帶來顯著的經(jīng)濟(jì)增長，其中最主要的領(lǐng)域包括醫(yī)療保健、食品、汽車以及航天產(chǎn)業(yè)，而增長的主要技術(shù)推手包括機(jī)器人操作技術(shù)、視覺與傳感器技術(shù)以及集成技術(shù)。

美國卡內(nèi)基－梅隆大學(xué)以計算機(jī)和機(jī)器人研究知名，也是兩版路線圖的主要參與者。該大學(xué)機(jī)器人專家曼紐拉•維洛佐教授同樣認(rèn)為，“國家機(jī)器人計劃”取得巨大成功，導(dǎo)致美國許多機(jī)器人技術(shù)獲得大量資金投入。這位曾擔(dān)任美國人工智能進(jìn)步協(xié)會主席的專家說，長期以來，日本被認(rèn)為是精密機(jī)器人與個人機(jī)器人領(lǐng)域的領(lǐng)先者，但說到人工智能、決策與自主性，那就是美國的強(qiáng)項(xiàng)。

那么，“國家機(jī)器人計劃”怎么助力美國機(jī)器人重新騰飛？美國國家科學(xué)基金會機(jī)器人項(xiàng)目主管之一楊杰告訴記者，“國家機(jī)器人計劃”交由他所在的國家科學(xué)基金會、國家衛(wèi)生研究院、美國航天局與美國農(nóng)業(yè)部四家機(jī)構(gòu)執(zhí)行，其中國家科學(xué)基金會每年資助的資金達(dá)到3000萬美元，而其他3家機(jī)構(gòu)每年總共2000萬美元左右，國家科學(xué)基金會每年資助數(shù)十個項(xiàng)目，項(xiàng)目分為大小兩種，大項(xiàng)目每年資助可多達(dá)500萬美元，而小項(xiàng)目少的只有幾千美元，主要針對本科生。

楊杰說，國家科學(xué)基金會支持兩類機(jī)器人研究，一類是交叉項(xiàng)目，即上面所說的“國家機(jī)器人計劃”，另一類是核心項(xiàng)目，每年預(yù)算1000多萬美元。兩者的主要區(qū)別是交叉項(xiàng)目類似中國的“863計劃”，有資助年限，一般為3到5年，有研究主題；而核心項(xiàng)目長期、固定，“沒有主題限制，各種想法都可以提”。

什么樣的機(jī)器人研究會得到美國政府的支持？楊杰介紹，“交叉項(xiàng)目”目前的主題是人機(jī)協(xié)作，與這個主題相關(guān)即可，比如他去年經(jīng)手的一個申請就是機(jī)器人怎樣與人合作把冰箱抬到二樓，而“核心項(xiàng)目”無任何限制。申請?zhí)岢龊髸?jīng)過兩道關(guān)，第一道關(guān)是“學(xué)術(shù)價值”，由秘密的外部專家同行評議評估，第二道關(guān)是“廣泛影響”，由國家科學(xué)基金會人員綜合性別、族裔、地域、機(jī)構(gòu)等諸多因素考慮，宗旨是保持平衡，鼓勵所有人參與研究。

研發(fā)“在路上”

經(jīng)過這幾年美國政府的大力推動及企業(yè)的積極參與，楊杰認(rèn)為效果明顯：“現(xiàn)在家庭清潔機(jī)器人（在美國）到處都可以買得到，許多州通過法律允許無人駕駛車上路。跟5年前、10年前相比，美國機(jī)器人現(xiàn)在從技術(shù)到應(yīng)用發(fā)展得很快。”

美國電氣與電子工程師學(xué)會成員、密歇根州立大學(xué)機(jī)器人專家席寧教授認(rèn)為，美國在國家層面以前不是很重視工業(yè)機(jī)器人，但現(xiàn)在認(rèn)識到制造業(yè)不僅是經(jīng)濟(jì)問題，而是關(guān)系到國家安全，所以提出制造業(yè)回歸美國。但美國的生產(chǎn)成本無法與發(fā)展中國家相比，因此發(fā)展機(jī)器人成為其中重要的一步。

席寧特別強(qiáng)調(diào)，總體而言，美國機(jī)器人其實(shí)一直處于世界前沿水平，尤其在軍用機(jī)器人方面，美國機(jī)器人支援日本福島核電站救援就是一個例子。美國服務(wù)機(jī)器人也處于領(lǐng)先水平，比如被廣泛使用的手術(shù)機(jī)器人“達(dá)芬奇”就是美國制造。

談起機(jī)器人產(chǎn)業(yè)當(dāng)前面臨的挑戰(zhàn)及研發(fā)的重點(diǎn)方向，維洛佐說，機(jī)器人與人將越來越多地在一起工作，所以更多的工作應(yīng)放在讓兩者安全地交流和合作方面。

克里斯滕森認(rèn)為，最大的挑戰(zhàn)是如何利用物聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)和新出現(xiàn)的德國工業(yè)4.0計劃等類似規(guī)劃，把機(jī)器人更好地整合在一起，從而減少成本、增加模塊化并縮短上市時間，核心技術(shù)都集中在這一塊。“集成通常是個挑戰(zhàn)”，但“很難具體說哪些地方要加強(qiáng)研發(fā)”。

克里斯滕森和楊杰均表示，美國“國家機(jī)器人計劃”現(xiàn)在的重點(diǎn)是人機(jī)協(xié)作機(jī)器人，下一步如何走還在探索，但一個方向可能是全自動化，比如自我診斷、自我修復(fù)的機(jī)器人，還有類似谷歌的自動駕駛車。

日本近年機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展計劃

機(jī)器人正在迎接一個新時代的到來，日本具有國際上最先進(jìn)的機(jī)器人技術(shù)，就全世界范圍來看，全球工業(yè)機(jī)器人約有4成在日本。不論在技術(shù)方面，還是在市場規(guī)模方面，日本可以稱得上是“機(jī)器人大國”。在2004年5月發(fā)布的日本“新產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略”中所指出的7個產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)也是其中之一，同時，在進(jìn)一步實(shí)施“新產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略”的“新經(jīng)濟(jì)成長戰(zhàn)略”報告中也把機(jī)器人放在使日本成為“世界技術(shù)創(chuàng)新中心”的支柱地位上，近兩年開始重新審視機(jī)器人產(chǎn)業(yè)政策。

根據(jù)引入計劃，日本把實(shí)現(xiàn)市場需求和社會需求（所對應(yīng)的產(chǎn)品形象）有關(guān)的技術(shù)課題經(jīng)過整理和展望，編制成技術(shù)路線圖。同時，把解決這些課題所還需要的單元技術(shù)和技術(shù)性能的進(jìn)程沿著時間軸展開，編匯成完整的機(jī)器人路線圖。機(jī)器人路線圖劃分為3個領(lǐng)域，即“新世紀(jì)工業(yè)機(jī)器人”、“服務(wù)機(jī)器人”和“特種機(jī)器人”，勾畫出了10年以后各種機(jī)器人的未來形象（任務(wù)），從技術(shù)圖中的重要技術(shù)中抽出其性能和所需要的技術(shù)等。路線圖中提到為了創(chuàng)建和擴(kuò)大新世紀(jì)機(jī)器人的早期市場，重要的是要縮短滿足多種需求的機(jī)器人的開發(fā)時間、降低成本、擴(kuò)大加入的企業(yè)。為此，提出了有助于縮短機(jī)器人開發(fā)，擴(kuò)大機(jī)器人開發(fā)企業(yè)的“共同基礎(chǔ)性技術(shù)”；有助于開發(fā)高級需求的機(jī)器人的“突破性新技術(shù)”；進(jìn)而，從在其他領(lǐng)域中應(yīng)用來擴(kuò)大機(jī)器人技術(shù)的觀點(diǎn)出發(fā)考慮“市場沖擊力”，以及“基礎(chǔ)技術(shù)開發(fā)的需要”。同時，為了確保日本在這樣的機(jī)器人市場中的占有率，強(qiáng)化日本的技術(shù)競爭力也是很重要的。

日本機(jī)器人產(chǎn)業(yè)要解決的7個關(guān)鍵任務(wù)

1.制造領(lǐng)域

（1）能夠處理柔性部件的機(jī)器人技術(shù)生產(chǎn)系統(tǒng)在汽車和家用電器等的組裝工藝中，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了對不變形部件的自動化裝配，但是對柔性部件（車內(nèi)布線等）的輸送和裝配作業(yè)，現(xiàn)在實(shí)現(xiàn)自動化還有一定的困難，還得依賴人的手工操作。另外，同時實(shí)現(xiàn)多個接插件的連接，由于接插件的形狀是多種多樣的，抓取和組裝的方法也要求是多種多樣的，自動化也有一定的難度。為此需要解決的課題是，研究能夠?qū)崿F(xiàn)在車內(nèi)布線等以柔性部件為對象的全部組裝作業(yè)自動化的機(jī)器人技術(shù)系統(tǒng)。

（2）人與機(jī)器人協(xié)調(diào)型單元生產(chǎn)機(jī)器人技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)入上世紀(jì)90年代，在國際性成本競爭高漲等的形勢下，日本出現(xiàn)了單純生產(chǎn)工藝向海外轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)向附加價值高的生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)，在日本國內(nèi)，加緊研究適應(yīng)多品種變量生產(chǎn)的生產(chǎn)方式。其中，取代原來流水線式的生產(chǎn)方式，普及成為單元生產(chǎn)方式。在單元生產(chǎn)方式中，對應(yīng)多品種變量生產(chǎn)用增加人工的負(fù)擔(dān)來抑制初期的成本，另外一方面還有培養(yǎng)熟練操作人員需要花費(fèi)時間、質(zhì)量管理也難以進(jìn)行等缺點(diǎn)。為此，需要解決的課題是應(yīng)該提高單元生產(chǎn)方式中的生產(chǎn)率，研制在單元生產(chǎn)方式中能與人協(xié)調(diào)工作的機(jī)器人技術(shù)系統(tǒng)。

2.服務(wù)領(lǐng)域

（1）日常收拾整理用的機(jī)器人技術(shù)系統(tǒng)著眼于日常生活中簡單的收拾整理工作，用機(jī)器人技術(shù)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)原來靠人手工勞動完成的“整理”和“收拾”工作。具體地來說，飲食店里餐具的整理、搬運(yùn)，家庭的家務(wù)收拾、洗滌物的收取存放、辦公室書籍、辦公用品的整理等，都讓機(jī)器人代勞，來整理和收拾這些放置得雜亂無章的物品。應(yīng)該開發(fā)的技術(shù)是能夠搬運(yùn)各種形狀物品的操縱技術(shù)，對各種物品位置、姿勢的識別、收藏空間結(jié)構(gòu)化技術(shù)等。

（2）與高齡老人進(jìn)行情感交流的機(jī)器人技術(shù)系統(tǒng)創(chuàng)建能讓高齡老人自主獨(dú)立生活的生活輔助環(huán)境，為此，所要求解決的課題是研制情感交流機(jī)器人技術(shù)系統(tǒng)，能夠理解包括高齡老人在內(nèi)的各種年齡段人們的意圖，按照指示代替人干一些簡單的工作。要開發(fā)的技術(shù)是，以適應(yīng)各年齡段人們以會話為主體的情感交流技術(shù)，和伴隨有在物理空間行動的人型機(jī)器人通信技術(shù)等。

（3）與人共存的自動搬運(yùn)機(jī)器人技術(shù)系統(tǒng)在辦公室或其他設(shè)施內(nèi)與人共存的環(huán)境下，機(jī)器人能夠識別自己的位置，能夠回避人和障礙物進(jìn)行自律的安全移動，是應(yīng)用機(jī)器人技術(shù)給向?qū)Ш桶徇\(yùn)服務(wù)業(yè)務(wù)增加附加值的必要手段。搬運(yùn)作業(yè)，例如垃圾箱的搬運(yùn)、醫(yī)院檢體藥品等的搬運(yùn)、機(jī)場行李搬運(yùn)、工廠內(nèi)危險品搬運(yùn)等，因?yàn)樾枰罅康膭诹?，希望能夠?yīng)用機(jī)器人技術(shù)完成這些工作。

3.特殊環(huán)境下作業(yè)領(lǐng)域

（1）受災(zāi)建筑物內(nèi)移動機(jī)器人技術(shù)系統(tǒng)

受災(zāi)建筑物內(nèi)(地鐵、地下街、高層建筑等)危險性很高，搜尋和救助受害者非常需要機(jī)器人技術(shù)特別是在災(zāi)害初發(fā)期，收集信息和救助、緊急醫(yī)治都是很重要的措施。收集信息高效率化和高精度化關(guān)系到以后是否能在整體活動中減輕災(zāi)害帶來的傷害和損失。

為此，所要求解決的課題是研制能夠在受災(zāi)建筑物內(nèi)迅速收集信息的移動機(jī)器人技術(shù)系統(tǒng)。需要開發(fā)的技術(shù)是高速移動機(jī)構(gòu)、半自主移動、建筑物內(nèi)通信位置測試技術(shù)和與GIS（GeographicInformationSystem）的信息變換等。

（2）建筑行業(yè)廢棄物處理機(jī)器人技術(shù)系統(tǒng)

建筑廢棄物拆卸、處理時，按其材質(zhì)不同，分為作為資源可再利用的、可以燃燒的和最后在處理場埋掉的，伴隨著出現(xiàn)的一系列分類工作。在拆除建筑物時，需要靠工作人員手工分選這些材料，因?yàn)橛斜匾纳七@種勞動環(huán)境，也希望在這些工作中實(shí)現(xiàn)自動化。