美国2.5亿美金打造先进机器人制造(ARM)创新机构，机器人技术将帮助重塑美国制造业？

美国国防部1月13日宣布，由卡内基梅隆大学（CMU）创立的独立研究机构将收到超过2.5亿美元，在匹兹堡建造一个先进的机器人制造研究所。

国防部将公共-私营美国制造研究所（public-private Manufacturing USA institute）授予American Robotics，后者是由卡内基梅隆大学领导的一个非营利企业，包括工业界、学术界、政府和非营利部门等全美220多个合作伙伴。该研究所将从国防部收到8000万美元，另外还有来自合作组织的1.73亿美元。 Richard King Mellon基金会在促进CMU提案方面发挥了特别重要的作用。

这一高级别的奖项将匹兹堡和CMU置于新的制造浪潮的中心，利用人工智能、自主、3D打印和其他新兴技术，使工业机器人更适合各种规模的企业，适用于许多用途，并有实现更多目标的潜力。

政府、工业界和学术领导者表示，这一新一代机器人技术有潜力创造大量的新工作，并能使美国正式处于先进制造业的领先地位，从而促进经济增长。

CMU校长Subra Suresh星期五在五角大楼公告时说：“这个新机构将为该地区和国家带来巨大的利益，同时为CMU学者和研究人员创造巨大的机会，为大学带来新的动力。作为回报，该研究所将受益于CMU在技术方面的专长，以及其在政策、道德和人机界面方面的优势，这将确保新技术有利于人类”。

CMU负责研究的副校长Gary Fedder（CMU ECE和Robotics Institute的教授）是几位大学教师和官员之一，他们领导研究所的发展和准备工作，他们将在该研究所的建立中发挥关键作用。

Gary Fedder说：“当国防部宣布打算创建一个致力于机器人制造的新机构时，我们知道CMU在该领域的历史实力，导致今天正在进行的前沿研究，这给了我们一个很大的机会。我们很幸运地建立了一个团队，从全国各地带来互补的优势”。

卡内基梅隆机器人研究所的教授Howie Choset与Gary Fedder密切合作，设想和建立了该研究所。他说，该研究所的四管齐下的使命是：给予美国工人与国外低工资工人的竞争能力；创造和维持新的就业机会，以确保美国国家繁荣；降低中小型企业和大型公司采用机器人时在技术、操作和经济方面的障碍；保障美国在先进制造业的领导地位。

Howie Choset提到：“这项工作有能力广泛地惠及社会，并使许多潜在的工人及其家人受益”。

机器人在制造环境中被广泛使用，但是今天的机器人通常比较昂贵，目的单一，其重新编程具有挑战性，并且为了安全而需要与人类隔离。机器人技术对满足国防和其他工业制造需求越来越有必要，但资本成本和使用的复杂性限制了中型和小型制造商的参与。高级机器人制造研究学院（Advanced Robotics Manufacturing Institute ，ARM）将整合多个行业的多元化行业实践和制度知识。

CMU 教务长Farnam Jahanian说：“该研究所将利用CMU在协作机器人、传感器技术、材料科学和人机交互方面的研究优势，这些领域正在迅速改变我们许多经济部门。通过学术界、政府和工业界之间的这种独特的合作关系，CMU准备弥合研究，创新和新兴先进制造领域的实践之间的差距”。

ARM将通过国防和工业界驱动、关键技术开发和员工培训实现其使命。 ARM致力于关键工业部门 - 航空航天、汽车、电子和纺织品 – 这些由合作伙伴定义。

ARM加入制造美国研究所网络，这是一个双方计划，汇集工业界、学术界和政府共同投资世界领先的制造技术和能力的发展。每个美国制造研究所重点关注对未来竞争力至关重要的技术领域。除了机器人技术，其他领域还包括3-D打印、集成光子学或组织制造。在美国制造研究所，联邦政府承诺超过10亿美元，匹配超过20亿美元非联邦投资。

ARM的全称是“Advanced Robotics Manufacturing” ，即“高等机器人制造”。 为了培养和发展国家制造生态系统，高等机器人制造（ARM）研究所已经形成了国家级的、公私合作伙伴关系，以开发、展示和促进尽早采用新型的机器人解决方案。ARM位于匹兹堡，由一家新成立的国家非营利机构 - 美国机器人公司（American Robotics）领导，该机构由卡内基梅隆大学成立，包括来自工业界、学术界、地方政府和非营利组织的231个利益相关者组成的国家网络。

美国机器人力求使美国工人能够与国外的低工资工人竞争；创造和维持新的就业机会，以确保美国国家繁荣；降低中小型企业（SME）以及大型公司在采用机器人技术时的技术、操作和经济障碍；并确保美国在先进制造业的领导地位。

ARM的10年期目标包括将工人生产力提高30％，在美国创造51万个新制造业岗位，确保30％的中小企业采用机器人技术，并提供主要工业机器人制造商将出现的生态系统。ARM致力于关键的增长领域，在制造业，包括航空航天、汽车、电子和纺织品领域快速采用机器人技术。

ARM研究所的战略任务是：开展由工业界领导的产品研发，发展和提供教育和劳动力培训，并通过全国性的区域创新合作网络提供共享能力。ARM研究所将由Dean Bartles（制造工程师协会SME主席）担任CEO，Howie Choset（CMU-RI教授）担任CTO。

ARM的技术-经济影响力生态圈

ARM将跨多个学科（传感器技术、末端执行器技术的开发、软件开发和人工智能、材料科学、人机行为建模和质量保证），整合各种行业实践和制度知识，实现强大的制造创新生态系统。为此，ARM研究院的技术焦点至少将包括六个主要领域：

TA1. 协作机器人（Collaborative Robotics）

顾名思义，机器人在工作过程中与工人和其他机器人形成伙伴关系，此时需要能够识别物理接触的可能性并规划回避动作。在协作环境中，安全至关重要！随着拓扑优化和材料科学的最新进展，未来机器人的设计可以结合软控制技术、新型高性能驱动器和先进材料。除了物理上的安全交互，机器人将需要通过直观的界面与他们的人类伙伴有效沟通。他们需要口头或通过手势给予指令，识别人类活动以保持同步，并使人类伙伴清楚机器人的意图。机器人必须易于训练、操作、并能够与其他机器人和人类合作。

TA2. 机器人控制：学习和控制（Robot Control: Learning and Control）

机器人可以通过演示学习并根据观察结果调整其性能，从而降低使用机器人工作时的高成本。适应性的进步将会产生安全有效且高产的机器人系统。敏捷的重复利用将提高机器人在小批量生产中的效用，特别是在不能拥有专用机器人的小公司。先进控制技术和人工智能正在为这一领域的未来发展提供技术支撑。

TA 3. 灵巧操作（Dexterous Manipulation） 

旨在为带有密度接近人类的触觉阵列的复杂末端执行器，开发硬件和面向对象的算法，以实现对各种对象的鲁邦抓取和灵巧操作。随着自由度的增加，编程变得更加复杂和耗时，因此自适应学习将是一个密切相关的研究方向。

TA4. 自主导航和机动性（Autonomous Navigation and Mobility）

与制造环境中的人类导航类似，机器人应当对路径规划和动态障碍物做出快速响应。机器人车辆需要能够在现有的制造环境内（包括人和其他机器人）自主移动。安装在移动平台上的灵巧手臂可以提供多用途的操纵能力。

TA5. 感知（Perception and Sensing） 

感知是一项需要重大进步的关键能力。诸如视觉、三维测距、触觉、温度、力觉和其他的感测模态必须提前、分析和融合，从而向机器人提供适当的情境感知。工厂机器人将需要更多能力的感知系统来监控其进程和周围环境（人、其他机器人或设备）。这些系统将需要检查零件和组件的缺陷；估计人类的情绪和身体状态以维持安全性和生产力；并基于触觉和其他反馈执行更广泛的抓取和组装策略。

TA6.测试和验证（Verification and Validation）

帮助机器人研发的虚拟和现实方法以及工具是（包括建模和仿真）验证原型和制造过程的关键。这包括基于证据的设计，实施和分析，以及通用的软件测试平台和结果数据存储库。独立的验证能力对这个领域至关重要。