將美國國家資源的一小部分投入到制造業(yè)將獲得極高的性價比，并且資源的高效生產(chǎn)將使美國的消費者受益,并可支持在美國這個重要經(jīng)濟領(lǐng)域數(shù)百萬計的員工。這能確保美國在能達到退休年齡的工作人員比例逐年減少的情況下仍能保持經(jīng)濟的增長。制造業(yè)的研究與發(fā)展也會使衛(wèi)生保健、農(nóng)業(yè)及交通運輸業(yè)受益，并且加強美國的資源、國防及能源安全。在未來五十年，由此產(chǎn)生的一系列研究活動將大大提高“美國制造”的質(zhì)量并且提升生產(chǎn)力。這一戰(zhàn)略已經(jīng)體現(xiàn)在美國政府主導(dǎo)的“先進制造伙伴關(guān)系”（AMP）與“國家制造業(yè)創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)”（NNMI）計劃中。

　　機器人技術(shù)是一個可以徹底改變制造業(yè)的關(guān)鍵性革命技術(shù)。美國的工人已經(jīng)不再向往工廠中的低端工作，同時由于社保及醫(yī)療保險費用的增加，美國工人的人工成本也開始增加。即使我們能夠負擔工人的人工成本，小型的、復(fù)雜的生命周期較短的工業(yè)機器人產(chǎn)品依然需要擴大其適應(yīng)性、精度、可靠性等能夠超越人類工人的技能。先進的機器人及生產(chǎn)自動化能夠：

　　1）保持本國知識產(chǎn)權(quán)及物質(zhì)財富，否則其將選擇離岸生產(chǎn)；

　　2）使制造業(yè)公司更具競爭力；

　　3）能夠提供開發(fā)、生產(chǎn)、維護及培訓(xùn)機器人的相關(guān)崗位；

　　4）允許工廠使用機器人團隊，利用人類與機器人的不同技能優(yōu)勢（人類的智慧與靈巧，機器人的精度、強度及可重復(fù)性）；

　　5）能夠改善工作條件同時減少昂貴的醫(yī)療費用；

　　6）減少成品制造時間，使制造商更能配合零售商需求的變化。

　　切實有效地使用機器人將會增加美國人民的就業(yè)機會、提高相關(guān)工作的質(zhì)量，提升美國在全球的競爭力?；谝陨蟽?yōu)勢，NCR、思科、蘋果、聯(lián)想、特斯拉等公司已經(jīng)將它們新的工廠設(shè)置在美國境內(nèi)。它們期望利用機器人技術(shù)及自動化技術(shù)支持其公司繼續(xù)蓬勃發(fā)展。

　　以上總結(jié)了機器人及自動化技術(shù)在美國制造業(yè)以及在美國經(jīng)濟中所占的重要地位，描述了機器人及自動化技術(shù)將在何處大大提高生產(chǎn)力，并展現(xiàn)了一個具有遠見的研究與發(fā)展路線圖，使美國的國家投資能夠?qū)@些重點研究領(lǐng)域起到推動作用。

　　本文總結(jié)了制造與自動化機器人技術(shù)研討會的相關(guān)活動和結(jié)論，由美國國家科學(xué)基金會支持的“Robotics-VO”組織贊助了該研討會。該研討會是更新《美國機器人路線圖：從網(wǎng)絡(luò)到機器人》的五個研討會其中之一。該研討會的內(nèi)容是根據(jù)過去的四、五年中機器人領(lǐng)域的發(fā)展不斷更新路線圖。在報告中提出的研究計劃將顯著增強美國的制造業(yè)經(jīng)濟，將有利于形成一個受過良好訓(xùn)練的并具有高超技術(shù)的生產(chǎn)線，創(chuàng)造新的就業(yè)機會，并且將在美國經(jīng)濟的再次崛起起到重要的作用。

　　在這里，“自動化”和“機器人”都有特定的含義。根據(jù)電子和電機工程研究所機器人和自動化學(xué)會的定義，機器人技術(shù)主要指裝配有傳感器和促動器的系統(tǒng)，能夠自動化或者半自動化地和人類進行合作。機器人的研究強調(diào)應(yīng)對無條理環(huán)境的智能性和適應(yīng)性，而自動化的研究主要針對有條理的，有明確結(jié)構(gòu)的環(huán)境中長時間工作的自動化系統(tǒng)的效率，生產(chǎn)力，質(zhì)量和可靠性。

　　我們的目標有兩個層面：第一，揭示機器人和自動化技術(shù)在美國制造業(yè)中的策略重要性；第二，提出能夠使用機器人和自動化技術(shù)提高生產(chǎn)力的案例。

　　經(jīng)濟驅(qū)動力

　　上世紀經(jīng)濟發(fā)展的基礎(chǔ)來自于工業(yè)化，而核心就在于制造業(yè)。制造業(yè)部分提供了12%的美國GDP 和9%的總就業(yè)。美國總出口的70%也歸功于制造業(yè)。因此，制造業(yè)代表了國家整體健康經(jīng)濟的重要環(huán)節(jié)。在制造業(yè)當中，機器人產(chǎn)業(yè)總值達到了八十億美元，并以每年 9%穩(wěn)定增長。這個核心的機器人工業(yè)受到了制造業(yè)的大力支持，例如提供儀器，附屬的自動化設(shè)施以及系統(tǒng)的整合，一共貢獻了300億美元的工業(yè)總值。

　　在過去30年里，美國的制造業(yè)經(jīng)濟產(chǎn)生了深遠的變化。除了對加拿大，中國，墨西哥和日本顯著的貿(mào)易逆差，制造業(yè)仍舊是美國經(jīng)濟的主要部分。制造業(yè)包含了所有物品的生產(chǎn)制造，從消費電子到工業(yè)設(shè)備，貢獻了12%的美國GDP和9%的就業(yè)。美國制造業(yè)生產(chǎn)力超越了主要的競爭對手。在所有國家中，無論是單位時間和單位員工的平均生產(chǎn)力，美國都處于第一位。美國人均生產(chǎn)力持續(xù)增長，在過去三十年里生產(chǎn)力翻倍。實際上，正是不斷提高的生產(chǎn)力使得美國制造業(yè)在經(jīng)濟衰退中保持競爭力，并在面對其他快速增長的經(jīng)濟體，例如中國和印度時復(fù)蘇。生產(chǎn)力的增長和效率主要歸功于技術(shù)的革新和其在產(chǎn)品設(shè)計以及生產(chǎn)過程中的應(yīng)用。目前，中國被認為是制造業(yè)的領(lǐng)頭羊，但是預(yù)計在2020年，美國制造業(yè)在產(chǎn)值和生產(chǎn)力方面都將超越中國。

　　然而，這種關(guān)系會一直變化。潛在的國外競爭者正在開展改善制造業(yè)過程的基礎(chǔ)研究和教育。另一方面，美國制造業(yè)的成果也在被用于科學(xué)研究，在過去十年時間里保持著穩(wěn)定的進展。在這段時間里，美國制造業(yè)用于投資及開發(fā)的資金基本沒有變化，而在全球視角下，美國總的研究發(fā)展經(jīng)費已經(jīng)下降至只有30%。有時候，我們的外國競爭對手用同樣的創(chuàng)新技術(shù)，但是用很少的勞動力成本來削弱美國的統(tǒng)治地位，所以美國制造業(yè)面臨著越來越大壓力。美國的工業(yè)產(chǎn)品貿(mào)易差額以每十年500億美元的速度下降。此外，隨著人口老齡化，工人的數(shù)量也在急劇減少。樂觀估計，到2050年，每兩位工人就要供養(yǎng)一位退休工人。所以，機器人工人必須滿足人類工人數(shù)量減少的同時增加工業(yè)生產(chǎn)力的要求。最后，機器人與自動化技術(shù)的巨大進步將會是下一代高附加值產(chǎn)品的關(guān)鍵。依靠先進傳感器與微電子的納米尺度嵌入式計算機產(chǎn)業(yè)不再是勞動密集型產(chǎn)業(yè)能夠勝任的。

　　反觀中國、韓國、日本以及印度，正大力投資于高等教育與研究機構(gòu)。印度與中國都正在有系統(tǒng)地召回他們在美國培養(yǎng)的科學(xué)家與工程師。美國的競爭者們還在機器人技術(shù)和與制造相關(guān)的特定領(lǐng)域開始動搖美國的主導(dǎo)地位。韓國每年投資1億美元，連續(xù)投資十年(2002-2012)至機器人技術(shù)研究與教育相關(guān)項目。歐盟投入了超過6億美元用于研發(fā)機器人技術(shù)及其認知系統(tǒng)，并且另外撥款9億美元至與制造業(yè)機器人相關(guān)的地平線計劃。日本也將在未來十年之內(nèi)投入三億五千萬美元至仿人類機器人、服務(wù)機器人研發(fā)，并且宣布將在未來5年投入10億美元使日本成為工業(yè)機器人技術(shù)的全球領(lǐng)導(dǎo)者。與上述國家投資額度相比，美國聯(lián)邦政府投資的資金是非常不足的。

　　倉儲機器人kiva

　　并且，機器人技術(shù)對于自動化物流也具有重要意義。亞馬遜在2012年花了7億美元收購Kiva Systems公司，使它能夠?qū)⒆詈玫募夹g(shù)用于數(shù)據(jù)庫自動化。此外，蘋果和聯(lián)想在使用機器人系統(tǒng)之后已經(jīng)不將亞洲作為其降低生產(chǎn)成本的第一選擇。在過去的十年里，中國工人的工資增幅為340%，而美國工人的工資增長則低得多。此外，特斯拉公司在加利福尼亞州開設(shè)了一個制造可代用燃料汽車的工廠，它應(yīng)用了高度的自動化，這使它能繼續(xù)在美國生存。

　　經(jīng)濟增長領(lǐng)域

　　美國商務(wù)部與美國競爭力委員會分析了大量的公司及其綜合年增長率，各主要工業(yè)行業(yè)分類數(shù)據(jù)如下表所示。

　　制造業(yè)目前的增長領(lǐng)域包括物流、物料搬運以及機器人技術(shù)。鑒于制造業(yè)的重要性，考慮如何利用機器人等技術(shù)增強美國制造業(yè)是非常有必要的。

　　機器人技術(shù)的消費化

　　許多先進技術(shù)都已證明，一旦技術(shù)被引入廣闊的消費市場，一定會引起創(chuàng)新的增加與成本的降低。最顯著的例子就是個人計算機與移動通訊的出現(xiàn)。這兩種技術(shù)最初都是因為企業(yè)的需要而進行研發(fā)。一旦這些技術(shù)被引入消費市場，企業(yè)投入的研發(fā)金額便成倍增加，導(dǎo)致了技術(shù)的高速發(fā)展與成本的顯著降低。同時，這也刺激產(chǎn)生了大量新興行業(yè)與公司的建立。目前，這些行業(yè)與公司貢獻了很大比例的GDP并且正主宰著美國股市。

　　iRobot Roomba 760

　　對機器人以及機器人相關(guān)技術(shù)市場的培育也會造成類似影響。一個簡單的例子就是微軟為家庭電腦游戲市場開發(fā)的Kinect接口。它在語音與手勢互動方面具有優(yōu)勢，使其在數(shù)量眾多的商業(yè)應(yīng)用中極具賣點。機器人技術(shù)“消費化”的另一個好處就是使工人對機器人更加熟悉。當人們習(xí)慣于在生活中與機器人進行互動時，才能更加適應(yīng)與機器人一起工作而不會將其視作威脅。比如，擁有iRobot公司生產(chǎn)的自動真空吸塵器的消費者中，有三分之二的消費者為他們的吸塵器取名字，并且有三分之一的消費者承認他們會帶上吸塵器去拜訪朋友。

　　制造業(yè)的前景

　　今天的美國制造業(yè)就像是20世紀60年代的數(shù)據(jù)庫技術(shù)，只是一個拼湊起來的解決方案，缺乏嚴格的方法論指導(dǎo)，無法進行科學(xué)地創(chuàng)新。1970年，IBM的數(shù)學(xué)家Ted Codd發(fā)明了關(guān)系代數(shù)，一個高等的數(shù)學(xué)數(shù)據(jù)庫模型。這項技術(shù)得到美國聯(lián)邦政府的資助，并最終成長為如今140億美元的數(shù)據(jù)庫產(chǎn)業(yè)。如果能夠發(fā)展出類似的模型，制造業(yè)將極大地受益。就像將兩個數(shù)字相加的方法并不依賴于你所使用的鉛筆，制造業(yè)的抽象模型也應(yīng)該與產(chǎn)品是被單一地制造出來還是由生產(chǎn)線組裝生產(chǎn)完全無關(guān)。

　　另一個例子是圖靈機，由阿蘭?圖靈于20世紀30年代發(fā)明的一個高等抽象模型，從而確立了如今高科技產(chǎn)業(yè)的數(shù)學(xué)與科學(xué)基礎(chǔ)。與圖靈機類比，制造業(yè)的抽象模型也將為設(shè)計、自動化以及制造業(yè)帶來巨大的回報。目前，計算機領(lǐng)域與信息科學(xué)的發(fā)展使將物理制造過程模型化、以及使研究人員“將圖靈機帶進制造業(yè)”成為可能。其最終的結(jié)果，則會像數(shù)據(jù)庫及計算機一樣，使美國制造業(yè)所生產(chǎn)的產(chǎn)品具有更高的質(zhì)量、更好的可靠性、更低的成本以及更快地進行交付。

　　通過改進機器人技術(shù)和培養(yǎng)高素質(zhì)的工作人員，可以更加高效的應(yīng)用機器人技術(shù)，這將提高美國就業(yè)和全球競爭力。傳統(tǒng)的流水線工人目前已到即將退休的年齡，他們還沒有接受使用機器人技術(shù)進行工作的訓(xùn)練，并且其保險及醫(yī)療成本也在逐年增加。即便能夠負擔用工成本，生產(chǎn)下一代小型化、復(fù)雜化工業(yè)產(chǎn)品所需要的適應(yīng)性、精確度以及可靠性都已超出了工人的能力。在制造業(yè)中廣泛地引入先進的機器人技術(shù)與自動化技術(shù)將會：

　　1）掌握知識產(chǎn)權(quán)與財富；

　　2）使公司更具競爭力；

　　3）在機器人研發(fā)、制造、維護及訓(xùn)練領(lǐng)域創(chuàng)造就業(yè)崗位；

　　4）工廠可以雇傭人-機混合團隊以充分利用彼此的技能與優(yōu)勢（比如人類跟善于處置突發(fā)事件以保障生產(chǎn)線的運行，而機器人長于完成精確性及重復(fù)性高的工作并且能夠舉起沉重的物件）；

　　5）減少昂貴的醫(yī)療問題（如腕管綜合癥、背部受傷、燒傷以及吸入有毒氣體及蒸汽造成的損傷）；

　　6）縮短制造成品的交貨時間，使系統(tǒng)更加適應(yīng)零售商的需求變化。

　　在制造業(yè)上進行投資可以重振美國制造業(yè)。將國家的小部分資源投入到經(jīng)濟高效資源節(jié)約型的制造業(yè)中，能夠使美國的消費者受益并且支持在這一重要經(jīng)濟領(lǐng)域工作的數(shù)百萬工人。上述投資還能惠及醫(yī)療保健、農(nóng)業(yè)以及交通運輸業(yè)，同時能夠增強國家在國防、能源及安全方面的資源建設(shè)。在未來五十年，由研究產(chǎn)生的一系列有利結(jié)果將極大地提高“美國制造”的質(zhì)量，并且使美國制造業(yè)蒸蒸日上。

　　路線圖研究流程

　　美國制造業(yè)技術(shù)路線圖描述了制造業(yè)通過發(fā)展一系列機器人技術(shù)領(lǐng)域的基礎(chǔ)技術(shù)使其關(guān)鍵能力得到發(fā)展的前景。每一項關(guān)鍵能力都由一個或多個在制造業(yè)中廣泛應(yīng)用的領(lǐng)域發(fā)展而來，且都指向某些基礎(chǔ)研發(fā)的主要技術(shù)領(lǐng)域（如下圖）。將路線圖的內(nèi)容整合為連貫的方案是非常重要的。

　　機器人技術(shù)對制造業(yè)的影響

　　現(xiàn)在我們用假想的例子對具有一定影響力的機器人技術(shù)應(yīng)用和在應(yīng)用中具有很大積極作用的關(guān)鍵能力進行介紹。這些假想的場景有助于說明制造業(yè)模式的變化，也是能力與技術(shù)融合的實例。本路線圖闡明了各項能力在5年，10年，15年時的關(guān)鍵節(jié)點。

　　事例1：流水線輔助機器人

　　汽車制造商面臨著其新型電動汽車訂單的激增，需要快速整合其他已生產(chǎn)完畢的早期型號汽車流水線的生產(chǎn)能力。流水線快速地進行了任務(wù)的重新分配，以適應(yīng)新的汽車模型。工廠購置了一組流水線輔助機器人，其被很快地進行了設(shè)置并開始與人類工人一起完成新的任務(wù)。流水線的第一項作業(yè)是要對機器人參數(shù)進行微調(diào)以優(yōu)化其傳感器系統(tǒng)與機器學(xué)習(xí)算法，第二項作業(yè)是在四天的執(zhí)行時間里使工廠產(chǎn)量翻番。緊接著，一個關(guān)鍵供應(yīng)商要求更改裝配序列以適應(yīng)電池組在裝配過程中的耐受程度。于是工程師使用計算工具快速修改了裝配程序，將其打印給工人，并將新的裝配程序上載至流水線輔助機器人。這種靈活的制造業(yè)正逐步進入我們的生活。比如，2012年8月，Rethink Robotics公司宣布，其價值2萬2千美元的機器人Baxter可由未經(jīng)培訓(xùn)或極少培訓(xùn)的演示示范而直接對其進行編程。安裝與操作成本的降低將改變未來自動化技術(shù)在商業(yè)案例中的應(yīng)用。

　　事例2：獨特離散部件制造與組裝

　　一個職業(yè)醫(yī)師來到一個只有5名員工的主要接受來自醫(yī)療器械公司訂單的小工場。他想制造一種乘坐輪椅的四肢癱瘓病人所使用的頭部控制輸入裝置。今天，這種特殊的設(shè)備都非常昂貴，因為對其進行制造與組裝將花費大量的時間與勞動來對機器進行設(shè)置。這個小工場的老板擁有一臺可接受語音及手勢命令的機器人，在機器人不知如何處置時可對其進行指示。這臺機器人能將加工材料放置于銑床或車床上并開動機器，并且能夠?qū)Ρ匾臋C械與電子組件進行設(shè)置，并在指令模糊而無法動作時請求協(xié)助。在不同工作位置之間的移動中，機器人能夠清理冷卻劑的泄漏并且對在狹小空間進行工作的工人進行安全提示。機器人能夠響應(yīng)工作時的快速請求，并且不會因為該請求會對其主要工作造成延遲而拒絕。最后，機器人對組件進行裝配并且在下午將產(chǎn)品裝車。這樣的突發(fā)性工作對工場的日常工作只造成了很小的中斷。

　　事例3：快速、集成且基于模型的供應(yīng)鏈設(shè)計

　　國外主要供應(yīng)商提供的用于嬰兒配方奶粉的包裝被發(fā)現(xiàn)具有嚴重的質(zhì)量控制問題。在美國的首席工程師能夠使用綜合的多尺度模數(shù)融合供應(yīng)鏈模型，引入新的供應(yīng)商，重用供應(yīng)鏈中可重用部分并且對整個供應(yīng)鏈的轉(zhuǎn)變造成影響：包括生產(chǎn)、分配、裝箱、供應(yīng)及分銷。整個轉(zhuǎn)變中最重要的部分是20臺用于快速生產(chǎn)以對包裝袋進行重新設(shè)計的機器人。

　　這些例子在今天看起來也許還很遙遠，但我們已經(jīng)擁有了技術(shù)基礎(chǔ)，大量的專業(yè)人員、教育基礎(chǔ)設(shè)施以及在關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域適當?shù)耐顿Y。這些基礎(chǔ)能夠讓我們在15年內(nèi)實現(xiàn)上述目標。

　　制造業(yè)的關(guān)鍵能力

　　在本節(jié)中，我們將對制造業(yè)的關(guān)鍵能力進行簡要地討論，并且給出5年、10年及15年可能會達到的技術(shù)節(jié)點。在后續(xù)內(nèi)容中，我們將討論一些可以使我們達到上述技術(shù)節(jié)點的具有前景的研究方向。

　　具備可適應(yīng)性及重構(gòu)性的生產(chǎn)線

　　今天，一種新產(chǎn)品從概念設(shè)計到在生產(chǎn)線上進行制造之間的時間間隔大得無法接受。對于一輛新型汽車來說，這個時間間隔能長達兩年。當面對一個新的產(chǎn)品以及可以進行生產(chǎn)的生產(chǎn)線子系統(tǒng)時，我們希望能夠對子系統(tǒng)進行重構(gòu)設(shè)置，設(shè)立工作站來進行新產(chǎn)品的生產(chǎn)。因此，在未來15年，具備適應(yīng)性及重構(gòu)性生產(chǎn)線的路線圖包含下面三個目標：

　　自主導(dǎo)航

　　自主導(dǎo)航是一項基本能力，這將影響采礦和建筑裝備的自動化，原材料到成品的高效運輸，在裝配生產(chǎn)線上對原材料進行裝卸處理并將成品帶往檢查站的導(dǎo)引車輛的自動化，以及類似于入庫存儲和調(diào)配的后勤支持的操作。使機器人能夠在包含靜止障礙物、車輛、行人以及動物的非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中進行安全的自主導(dǎo)航，需要在組成部件技術(shù)上有關(guān)鍵性的投資。自主導(dǎo)航的路線圖包含以下技術(shù)節(jié)點：

　　綠色制造業(yè)

　　美國建筑師William McDonough說：“污染是設(shè)計（與制造）失敗的標識”。目前，從組件到系統(tǒng)，滿足自上而下需求的制造業(yè)需要進行全面的重新構(gòu)想。制造業(yè)對于減少廢棄物的解決方式絕大部分是針對于生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢棄物、可利用廢棄物以及在停工和維護時產(chǎn)生的廢棄物。我們針對綠色制造業(yè)的路線圖著眼于所有組件及系統(tǒng)在整個生產(chǎn)過程中的回收利用，其過程包括從原材料的開采與加工，到產(chǎn)品制造與分發(fā)，到最后材料的回收。為了能夠達成逐步的改變，我們必須引進新的制造業(yè)技術(shù)且新產(chǎn)品的設(shè)計也必須遵循綠色制造這一目標。比如，向增材制造過渡將會極大地減少產(chǎn)品或零件生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢料。新的物流系統(tǒng)也需要具有廣泛的回收能力。目前，物流系統(tǒng)很難回收那些制造企業(yè)無法回收或其本可以進行回收但不回收的材料。我們非常關(guān)注制造業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施的重用、原材料的回收、每一個制造環(huán)節(jié)里對能源使用的最小化以及為生產(chǎn)新產(chǎn)品對子系統(tǒng)進行重新設(shè)置。

　　類人的靈巧操作技術(shù)

　　機器人手臂與手掌的靈活度最終將超越人類。在速度與強度方面，這已經(jīng)是既成現(xiàn)實。然而，與機器人對手相比，人類的手在完成那些需要高靈巧度方面的任務(wù)時仍然具有優(yōu)勢。這種差距歸因于機器感知、可靠的高保真?zhèn)鞲衅饕约耙?guī)劃與控制等關(guān)鍵技術(shù)。機器人的靈巧操作技術(shù)路線圖包含以下的技術(shù)節(jié)點：

　　基于模型的供應(yīng)鏈整合與設(shè)計

　　目前，計算機領(lǐng)域與信息科學(xué)的發(fā)展使將物理制造過程模型化、使研究人員“將圖靈機帶進制造業(yè)”成為可能。如果完成此項技術(shù)，制造業(yè)會像數(shù)據(jù)庫及計算機一樣蓬勃發(fā)展，使系統(tǒng)與組件具有互操作性，產(chǎn)品具有更高的質(zhì)量、更好的可靠性、更低的成本以及更快地進行交付。所以，基于模型的供應(yīng)鏈整合與設(shè)計路線圖具有以下的技術(shù)節(jié)點：

　　納米級制造

　　經(jīng)典的基于CMOS的集成電路與計算模式正被新的納米級制造與計算技術(shù)超越。我們已經(jīng)看到了非硅微系統(tǒng)技術(shù)以及使用自然界中觀察到的合成技術(shù)進行構(gòu)建的新方法的成長與發(fā)展。微機電系統(tǒng)（MEMS）、低功耗超大規(guī)模集成電路以及納米技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)使次毫米級自供能機器人的出現(xiàn)成為可能。新的并行甚至隨機裝配技術(shù)有望出現(xiàn)。傳統(tǒng)的制造方式將被新的、目前只存在于想象中的納米級制造方式所取代。故納米級制造以及納米機器人技術(shù)必須強調(diào)其基礎(chǔ)研發(fā)：

　　非結(jié)構(gòu)化環(huán)境感知技術(shù)

　　在自動化制造業(yè)中，固定的自動化設(shè)備已被證明更加易于進行大規(guī)模生產(chǎn)。除了一些特定應(yīng)用之外，柔性自動化技術(shù)以及大規(guī)模定制自動化技術(shù)的前景并未受到關(guān)注。造成這種現(xiàn)象的主要原因之一是固定的自動化設(shè)備為自身構(gòu)建了一個結(jié)構(gòu)化的環(huán)境以極大地簡化“智能”制造所面臨的挑戰(zhàn)。小批量的自動化制造要求機器人更加智能、靈活，并能在與人類工人共同工作的低結(jié)構(gòu)化環(huán)境中安全地運行。比如，在產(chǎn)品流層面，機器人及其他機器設(shè)備需要在各種不同的地點進行工作，以完成對產(chǎn)品（比如一輛飛機或一艘輪船）的制造，而在功能層面，則是產(chǎn)品在各種機器設(shè)備間進行運動。單一部件制造的挑戰(zhàn)性加劇了上述困難。感知技術(shù)的路線圖包含以下技術(shù)節(jié)點：

　　與人類共事的內(nèi)稟安全機器人：機器人大眾化

　　現(xiàn)在有很多關(guān)于內(nèi)稟安全機器人的討論，這些討論并不只是局限于“內(nèi)稟安全”這個詞匯的具體含義。“內(nèi)稟安全”的設(shè)備被定義為“在正常或異常條件下，在某種特定危險氣體最易被點燃的情況下，無法釋放出足夠?qū)⑵湟茧娔芑驘崮艿脑O(shè)備或布線”。簡而言之，一臺“內(nèi)稟安全”的設(shè)備無法引燃可燃氣體。“內(nèi)稟安全”的要求顯然也需要像其他被設(shè)計用制造業(yè)領(lǐng)域的機器一樣，在機器人系統(tǒng)中得到重視。雖然顯而易見的是“內(nèi)稟安全”會為機器人的行為帶來更多負擔，但也許這更關(guān)系到“內(nèi)稟”這個詞本身的定義。

　　內(nèi)稟：屬于其本質(zhì)或構(gòu)造的事物；來源并包含于有機體或其部分。這就是癥結(jié)所在：我們期望機器人必須從內(nèi)在來說就是安全的，對人類完全無害的，不管這會有怎樣的代價。這來源于那種恐懼人類可能會制造出某種凌駕于人類之上的東西的文化。也許，我們已經(jīng)制造出了凌駕于人類之上的產(chǎn)物。

　　比如，汽車是危險的。第一輛不用馬匹的馬車對于路上其他傳統(tǒng)的馬車來說是個威脅，不過我們早已過了那個年代。現(xiàn)在的高速公路上，你可以以超過120公里的速度超車。這并不是說汽車具有“內(nèi)稟安全“，而是說我們已經(jīng)學(xué)會接受汽車帶來的風(fēng)險。隨著時間的過去，我們逐漸創(chuàng)造了一個依賴于人類對其能力、限制以及在高速路上開車所面臨風(fēng)險都具有認知的交通系統(tǒng)。我們將汽車大眾化，讓汽車與大眾相關(guān)，讓大眾需要汽車，汽車才成為我們社會的一部分。

　　在制造業(yè)領(lǐng)域中進行機器人的大眾化，必須引入一個類似的風(fēng)險和責任評估模型。像開車一樣，制造業(yè)的環(huán)境本身就蘊含一定程度的風(fēng)險。我們的目標是當機器人被加入到制造業(yè)中時，風(fēng)險程度不會因此提高。對此目標是否達到的一個可以接受的衡量指標是工作損失天數(shù)。如果工作損失天數(shù)在引入機器人或自動化設(shè)備之后沒有增加，那么我們就走在機器人大眾化的正確道路上。之后我們將繼續(xù)發(fā)展并細化安全標準，并且為用戶自定義任務(wù)找到工程系統(tǒng)化的解決方案。

　　事實上，我們必須安全地展開并且持續(xù)鼓勵針對用戶溝通需求的協(xié)同解決方案。這就包括對每個自動裝置的能力、限制以及相關(guān)風(fēng)險進行定義。創(chuàng)新的多樣性將推動對機器人風(fēng)險和責任評估模型的接受。社會對人類與機器人同在工廠工作的理解與大的文化環(huán)境將會隨著機器人的大眾化一起到來。上述社會氛圍只會在機器人用戶數(shù)量拓寬的基礎(chǔ)上隨時間慢慢發(fā)生。自然語言編程、控制學(xué)習(xí)以及材料技術(shù)的進展都是可能加速這一過程的潛在途徑。

　　機器人與人類共事的路線圖如下：