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来源：《上海信息化》 2016年第2期
文／陈骞
2011年，美国启动国家机器人计划。在四年多的时间里，投入大量资金用于研发，并获得了各方支持和关注。2015年12月，美国在启动了第四轮资助计划之后，推动了协作性机器人的攻关进程。
发展机器人产业对增强国家军事实力、带动整体经济发展、改善人民生活水平都具有十分重要的意义。世界各国纷纷将研发机器人摆在本国科技发展的重要战略地位。2011年6月，美国国家机器人计划(National Robotics Initiative，NRI)正式启动。美国国家科学基金会(NSF)作为领头单位，联合国立卫生研究院(NIH)、国家航空航天局( NASA)和农业部(USDA)等机构共同实施这一跨机构的计划。随着规模不断扩大，美国国防部( DOD)、国防高级研究计划局(DARPA)、能源部(DOE)等机构陆续加入。如此众多的权威政府部门对单项科技领域共同加以关注，这种情况在美国并不多见，可见发展机器人产业受到了各方重视。2015年年底，第四轮资助计划启动，以加速协作型机器人攻关进程的推进。
连续多年资助机器人研发与应用创新
国家机器人计划的资助目标主要是致力于开发新一代机器人，提高机器人系统性能和可用性，解决机器人从基础研发到产业制造、应用部署的整个生命周期的相关问题，鼓励并促成科研部门、产业界、非盈利机构之间的合作互动。
从几个重要时间节点看，NRI不约而同地瞄准机器人前沿技术攻关，最初的资助方向包括开展机器人科学与技术基础研究，支持机器识别、人与机器人互动、感知以及与智能机器人相关的学科研究，建立开放系统机器人架构，构建通用的硬件与软件平台，创建用于集成、测试、示范和评估等项目成果产出的测试床，以及实现云机器人的网络基础设施。
2013年10月发起的NRI第二轮资助计划新设项目，主要包括改进机器人的行动能力，提升机器人的灵活性；完善面向机器人数据共享与分析的理论、模型与算法，使机器人能更好地与人类协作；开发能够辅助病患和临床医师的协作型机器人，借助高精尖的机器设备来进行常规医疗救助，提高现有和未来医疗机器人的精确度和安全性。2014年11月启动的第三轮NRI资助计划，则致力于机器人传感、运动、计算机视觉、机器学习和人机交互的基础研究，具体项目包括开发能与人安全互动的柔性机器人、设计可用于检查基础设施老化和绘制远程地理区域地图的机器人等。
第四轮资助计划加速协作型机器人攻关进程
2015年12月，美国国家科学基金会宣布与国防部、国防高级研究计划局、国家航空航天局、国立卫
阿拉巴马大学生研究院和农业部联合出资3700万美元支持协作型机器人(co-robot)的研发。第四轮资助计划将覆盖协作型机器人研发周期全过程，努力将协作型机器人塑造为可信赖的同事(co-workers)、共同居住者(co-inhabitant)和共同探索者(co-explorers)。
美国国立卫生研究院计划未来五年内投资220万美元资助三项协作型机器人研发项目，包括增加老年人行动灵活性的助行器、帮助视力障碍人士抓取物体的可穿戴设备以及陪伴儿童的社交机器人。他们认为此次资助的三个项目都有其独特的创新性，无论是在提高老年人生活辅助水平还是激发未成年人学习热情方面，都将产生潜移默化的助推作用。
从具体部署看，增加老年人行动灵活性的助行器项目由生物医学成像与生物工程研究所(NIBIB)、护理研究所(NINR)等联合发起，由阿拉巴马大学开展相关研究工作，旨在开发一种能够固定负重物的四条腿机器人，帮助腿脚不便的老年人改善其行动能力。此外，通过3D计算机视觉传感系统来感知用户行动和环境，从而克服电动轮椅无法跨越的环境障碍；帮助视力障碍人士抓取物体的可穿戴设备项目由眼科研究所(NEI)发起，获得资助的阿肯大学研究团队开发能够帮助视力受损患者抓取物体的可穿戴设备，该设备融合计算机成像以及自然反馈机制，利用计算机视觉系统识别目标物体，确定此物体与用户手指间的偏离程度；陪伴儿童的社交机器人项目由尤尼斯·肯尼迪·施莱佛国立儿童健康和人类发展研究所(NICHD)资助，获资方麻省理工学院旨在开发用于帮助学龄前儿童学习的社会性智能机器人，通过多种互动活动来引导和评估儿童的成长状态。
美国国家科学基金会也从多个角度对协作型机器人加以关注和研发投入，包括自治系统、传感和智能感知、交流和操作接口、人工智能、建模与分析、设计和材料、规划和控制、认知和学习、算法与硬件、应用场景等方面。
具体来说，自治系统方面，重点资助在非结构化环境中部署单个或多个代理来增强智能感知和智能决策方面的原理、计算方法和架构等内容；传感和智能感知方面，重点资助传感器与生物传感器系统和网络，针对特定目标的高空间分辨率和高时间分辨率的实时环境感知系统等内容；交流和操作接口方面，资助方向包括研究人类的认知、交流和自然语言处理、语言理解和语言能力的形成过程，人和机器之间通过物理接触以及人脑机器界面进行交流的可行性等内容；人工智能方面，资助方向涉及人类推理和行为规划背后的机理，人类感知和获取语境知识的模型，以及适用于人机协作、融合了机器和人工智能规划能力并具备导航和学习能力的系统等内容；设计和材料方面，主要资助协作式机器人的系统级设计和工程方法论，协作式机器人运动和动力特性的优化，机器人和传感器的小型化研究与实践，协作式机器人的可制造性、成本和生命周期的分析等内容；规划和控制方面，主要资助模拟人类学习、推理和行动计划方面的控制器，适合人类控制的人机协同学习界面的可靠性等内容；认知和学习方面，重点资助机器认知与预测、人类或动物的认知模型、人机团队共享心智模型等内容；算法与硬件方面，主要资助设计适用于机器人研究项目的数据结构、算法和硬件系统等内容。
此外，美国国防部、国防高级研究计划局、国家航空航天局也相继提出新一轮项目征集计划，进一
步加速协作型机器人在各自领域的基础研究与应用研发（见表1）。
协作型机器人的用途十分广泛，可用于先进制造、医疗保健与康复、军事与国土安全、空间与海底勘探、食品生产加工与分销、驾驶安全等多个领域，改变着我们的生活和工作方式，这也是美国每年不惜斥巨资进行机器人研发资助计划的原因。未来，协作型机器人的研发必将在全球引发热潮。
协作型机器人
协作型机器人被称为安全而高效的人类交互机器人。与传统工业机器人相比，除了有近似的运转速度与精确度以外，还有轻巧、安全、价格低、灵活性高、友善的操作接口，以及人机协作等特点。协作型机器人安装有传感器并具备安全特性，能有效地侦测周围出现的人，并且做出相应反应。这样的
设计让人和机器人组成了完美搭配：机器人的强度和精确度配合人的视觉、感知、思维和适应力，将可释放出更高效的生产力。
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