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美國砸重金髮展先進機器人製造，重點關注六大方向

2021/12/25

由卡內基梅隆大學（CMU）創立的獨立研究機構將收到超過2.5億美元資助，在匹茲堡建造一個先進機器人製造研究所。據了解，該研究所擁有四大使命：給予美國工人與國外低工資工人的競爭能力；創造和維持新的就業機會，以確保美國國家繁榮；降低中小型企業和大型公司採用機器人時在技術、操作和經濟方面的障礙；保障美國在先進位造業的領導地位。

由卡內基梅隆大學（CMU）創立的獨立研究機構將收到超過2.5億美元資助，在匹茲堡建造一個先進機器人製造研究所。其中，國防部將公共-私營美國製造研究所（public-private Manufacturing USA institute）授予American Robotics，後者是由卡內基梅隆大學領導的一個非營利企業，包括工業界、學術界、政府和非營利部門等全美220多個合作夥伴。該研究所將從國防部收到8000萬美元，另外還有來自合作組織的1.73億美元。 Richard King Mellon基金會在促進CMU提案方面發揮了特別重要的作用。

這一高級別的獎項將匹茲堡和CMU置於新的製造浪潮的中心，利用人工智慧、自主、3D列印和其他新興技術，使工業機器人更適合各種規模的企業，適用於許多用途，並有實現更多目標的潛力。

政府、工業界和學術領導者表示，這一新一代機器人技術有潛力創造大量的新工作，並能使美國正式處於先進位造業的領先地位，從而促進經濟增長。

CMU校長Subra Suresh在五角大樓公告時說：「這個新機構將為該地區和國家帶來巨大的利益，同時為CMU學者和研究人員創造巨大的機會，為大學帶來新的動力。作為回報，該研究所將受益於CMU在技術方面的專長，以及其在政策、道德和人機界面方面的優勢，這將確保新技術有利於人類」。

CMU負責研究的副校長Gary Fedder（CMU ECE和Robotics Institute的教授）是幾位大學教師和官員之一，他們領導研究所的發展和準備工作，他們將在該研究所的建立中發揮關鍵作用。

Gary Fedder說：「當國防部宣布打算創建一個致力於機器人製造的新機構時，我們知道CMU在該領域的歷史實力，導致今天正在進行的前沿研究，這給了我們一個很大的機會。我們很幸運地建立了一個團隊，從全國各地帶來互補的優勢」。

卡內基梅隆機器人研究所的教授Howie Choset與Gary Fedder密切合作，設想和建立了該研究所。他說，該研究所的四管齊下的使命是：給予美國工人與國外低工資工人的競爭能力；創造和維持新的就業機會，以確保美國國家繁榮；降低中小型企業和大型公司採用機器人時在技術、操作和經濟方面的障礙；保障美國在先進位造業的領導地位。

Howie Choset提到：「這項工作有能力廣泛地惠及社會，並使許多潛在的工人及其家人受益」。

機器人在製造環境中被廣泛使用，但是今天的機器人通常比較昂貴，目的單一，其重新編程具有挑戰性，並且為了安全而需要與人類隔離。機器人技術對滿足國防和其他工業製造需求越來越有必要，但資本成本和使用的複雜性限制了中型和小型製造商的參與。高級機器人製造研究學院（Advanced Robotics Manufacturing Institute ，ARM）將整合多個行業的多元化行業實踐和制度知識。

CMU 教務長Farnam Jahanian說：「該研究所將利用CMU在協作機器人、感測器技術、材料科學和人機交互方面的研究優勢，這些領域正在迅速改變我們許多經濟部門。通過學術界、政府和工業界之間的這種獨特的合作關係，CMU準備彌合研究，創新和新興先進位造領域的實踐之間的差距」。

ARM將通過國防和工業界驅動、關鍵技術開發和員工培訓實現其使命。 ARM致力於關鍵工業部門 - 航空航天、汽車、電子和紡織品 – 這些由合作夥伴定義。

ARM加入製造美國研究所網路，這是一個雙方計劃，彙集工業界、學術界和政府共同投資世界領先的製造技術和能力的發展。每個美國製造研究所重點關注對未來競爭力至關重要的技術領域。除了機器人技術，其他領域還包括3-D列印、集成光子學或組織製造。在美國製造研究所，聯邦政府承諾超過10億美元，匹配超過20億美元非聯邦投資。

ARM是什麼

ARM的全稱是「Advanced Robotics Manufacturing」，即「先進機器人製造」。為了培養和發展國家製造生態系統，先進機器人製造（ARM）研究所已經形成了國家級的、公私合作夥伴關係，以開發、展示和促進儘早採用新型的機器人解決方案。ARM位於匹茲堡，由一家新成立的國家非營利機構 - 美國機器人公司（American Robotics）領導，該機構由卡內基梅隆大學成立，包括來自工業界、學術界、地方政府和非營利組織的231個利益相關者組成的國家網路。

美國機器人力求使美國工人能夠與國外的低工資工人競爭；創造和維持新的就業機會，以確保美國國家繁榮；降低中小型企業（SME）以及大型公司在採用機器人技術時的技術、操作和經濟障礙；並確保美國在先進位造業的領導地位。

ARM的10年期目標包括將工人生產力提高30％，在美國創造51萬個新製造業崗位，確保30％的中小企業採用機器人技術，並提供主要工業機器人製造商將出現的生態系統。ARM致力於關鍵的增長領域，在製造業，包括航空航天、汽車、電子和紡織品領域快速採用機器人技術。

ARM研究所的戰略任務是：開展由工業界領導的產品研發，發展和提供教育和勞動力培訓，並通過全國性的區域創新合作網路提供共享能力。ARM研究所將由Dean Bartles（製造工程師協會SME主席）擔任CEO，Howie Choset（CMU-RI教授）擔任CTO。

ARM的技術-經濟影響力生態圈

研究方向有哪些

ARM將跨多個學科（感測器技術、末端執行器技術的開發、軟體開發和人工智慧、材料科學、人機行為建模和質量保證），整合各種行業實踐和制度知識，實現強大的製造創新生態系統。為此，ARM研究院的技術焦點至少將包括六個主要領域：

TA1. 協作機器人（Collaborative Robotics）

顧名思義，機器人在工作過程中與工人和其他機器人形成夥伴關係，此時需要能夠識別物理接觸的可能性並規劃迴避動作。在協作環境中，安全至關重要！隨著拓撲優化和材料科學的最新進展，未來機器人的設計可以結合軟控制技術、新型高性能驅動器和先進材料。除了物理上的安全交互，機器人將需要通過直觀的界面與他們的人類夥伴有效溝通。他們需要口頭或通過手勢給予指令，識別人類活動以保持同步，並使人類夥伴清楚機器人的意圖。機器人必須易於訓練、操作、並能夠與其他機器人和人類合作。

TA2. 機器人控制：學習和控制（Robot Control: Learning and Control）

機器人可以通過演示學習並根據觀察結果調整其性能，從而降低使用機器人工作時的高成本。適應性的進步將會產生安全有效且高產的機器人系統。敏捷的重複利用將提高機器人在小批量生產中的效用，特別是在不能擁有專用機器人的小公司。先進控制技術和人工智慧正在為這一領域的未來發展提供技術支撐。

TA3. 靈巧操作（Dexterous Manipulation）

旨在為帶有密度接近人類的觸覺陣列的複雜末端執行器，開發硬體和面向對象的演算法，以實現對各種對象的魯邦抓取和靈巧操作。隨著自由度的增加，編程變得更加複雜和耗時，因此自適應學習將是一個密切相關的研究方向。

TA4. 自主導航和機動性（Autonomous Navigation and Mobility）

與製造環境中的人類導航類似，機器人應當對路徑規劃和動態障礙物做出快速響應。機器人車輛需要能夠在現有的製造環境內（包括人和其他機器人）自主移動。安裝在移動平台上的靈巧手臂可以提供多用途的操縱能力。

TA5. 感知（Perception and Sensing）

感知是一項需要重大進步的關鍵能力。諸如視覺、三維測距、觸覺、溫度、力覺和其他的感測模態必須提前、分析和融合，從而向機器人提供適當的情境感知。工廠機器人將需要更多能力的感知系統來監控其進程和周圍環境（人、其他機器人或設備）。這些系統將需要檢查零件和組件的缺陷；估計人類的情緒和身體狀態以維持安全性和生產力；並基於觸覺和其他反饋執行更廣泛的抓取和組裝策略。

TA6.測試和驗證（Verification and Validation）

幫助機器人研發的虛擬和現實方法以及工具是（包括建模和模擬）驗證原型和製造過程的關鍵。這包括基於證據的設計，實施和分析，以及通用的軟體測試平台和結果數據存儲庫。獨立的驗證能力對這個領域至關重要。