世界主要国家机器人研发投入情况

新冠疫情危机凸显了机器人对工业和社会的重要贡献。人工智能、大数据和5G等新技术在亚洲、欧洲和美国均得到了政府的资助,研究其资助计划对于推动和进一步支持这些新技术的发展至关重要。官方推动的政府研发资助计划的目标是什么?我们可以从这些发现中学到什么?国际机器人联合会(IFR)对此进行了研究,并发表了《世界机器人研发计划》。

世界主要国家机器人研发投入情况

IFR研究委员会副主席兼执行董事会成员郑欧博士说:“每个国家基于其特定的背景和历史,都有自己的机器人项目特点。因此,我们看到由几个最先进机器人技术国家制定的机器人计划有着截然不同的战略重点。”

《中国制造2025》是提升中国工业制造能力的蓝图。《机器人产业发展计划》设定了2020年中国机器人产业达到的目标。国际机器人联合会的《世界机器人》统计年鉴显示,2018年中国制造业的机器人密度达到每万名工人140台。2019年,中国政府投资5.77亿美元用于开发智能机器人。

中国从1972年开始研究工业机器人,“七五”规划(1986-1990年)推动了喷涂、点焊、电弧焊接、运输机器人等工业机器人的研发,1986年3月制定了“863计划”——国家高技术研究发展计划,这是政府大力支持机器人相关研发的一项计划。20世纪90年代,焊接机器人的研发成为重点,先后投资了7个机器人研发中心和9个产业化中心。“十五”规划(2001-2005年)包括危险任务机器人、反恐军械处理机器人、类人机器人和仿生机器人。“十一五”规划(2006-2010年)包括了智能控制和人机交互的关键技术,并强调了集成电路、船舶、汽车、纺织、家用电器和食品等行业的机器人技术和自动化技术。“十二五”规划(2011-2015年)被贴上了“智能制造”的标签,要求制造企业使用更多机器人并整合信息技术。

2013年公布的《关于促进工业机器人产业发展的指导意见》提出了到2020年应实现的目标。其中包括:(1)发展三到五家具有全球竞争力的机器人制造商;(2)创建八到十个产业集群;(3)实现中国高端机器人45%的国内市场份额;(4)将中国的机器人密度提高到每万名工人100台机器人。

同样是在2015年5月宣布的《中国制造2025》,将先进的数控机床和机器人列入十大核心产业。

2016年《机器人产业发展规划(2016-2020年)》发布,旨在完善机器人产业体系,扩大产业规模,增强技术创新能力,提升核心零部件生产能力,提升应用集成能力。指定了10个产品和5个核心部件。10个产品为:焊接机器人、清洗机器人、智能工业机器人、人机协作机器人、双臂机器人、重型搬运机器人、消防救援机器人、手术机器人、智能公共服务机器人和智能护理机器人。5个核心部件为:高精度减速机、高性能机器人电机、高性能控制器、传感器和终端执行器。

日本的《机器人新战略》是安倍经济学增长战略的一项重要政策。2019年与机器人相关的预算已增加至3.51亿美元,旨在使日本成为全球机器人创新中心。该行动计划包括制造业以及重要的服务部门,例如医疗保健、农业和基础设施。根据国际机器人联合会的《世界机器人》统计年鉴,日本是全球第一大工业机器人制造国,2018年占全球供应量的52%。

2015年2月,日本政府发布《机器人新战略》,基于2014年修订的日本振兴战略,作为安倍经济增长战略的关键政策。在宣布这一战略后,2016年与机器人相关的预算为2.73亿美元,比上一财年增长了83%。2019年的预算为3.51亿美元。该战略制定了详细的“五年行动计划(2016-2020年)”,即围绕:制造业、服务业、医疗护理业、基础设施建设及防灾、农林水产业等主要领域的应用。为了执行该行动计划,2015年5月成立了机器人革命和工业物联网倡议协议会(RRI),政府和RRI安排了机器人相关的研发项目以及跨部门的活动,如全球标准化、监管改革、机器人奖项和竞赛。

这些研发项目将在“世界机器人峰会”期间展示,以加速研发,并将机器人技术在日本社会推广。世界机器人峰会包括世界机器人挑战赛和展示最新机器人技术的世界机器人博览会。

2019年7月,“用机器人推动社会改革大会”发表了一份题为《机器人周边环境的变化和未来政策方向》的报告。报告分析了工业机器人的市场趋势、新参与者的不断增加、使用机器人新业务的出现,以及各国机器人政策的方向。基于此分析,报告提出了未来机器人政策的方向。

韩国的《智能机器人开发与供应促进法》正在推动将韩国的机器人产业发展为第四次工业革命的核心产业。2019年发布的“第三个智能机器人基本计划”促进了公共和私营部门的系统选择和集中。重点领域包括:制造业、特定领域的服务机器人、下一代机器人关键组件和关键软件。2020年机器人相关预算为1.26亿美元。《世界机器人》统计年鉴显示,2018年韩国约有30万台可操作工业机器人,创下新的记录(增长了10%)。在五年之内,该国已投入使用的工业机器人数量翻了一番,仅次于日本和中国,2018年全球排名第三。

韩国1978年首次引进汽车制造中的焊接机器人,1987年政府开始支持机器人在制造领域的“共同核心技术开发项目”,并采取积极的研发支持政策。然而, 1997年由于金融危机,政府的支持和研发几乎完全停止。2002年智能机器人问世,政府支持的规模和组织化程度均有所提高。2003年8月,机器人行业被评选为“下一代增长引擎行业”十大行业之一。从2002到2007年的六年中,政府主导了技术开发和市场需求,投资总额为4.087亿美元,3.53亿美元用于研发,800万美元用于创造需求,并为1259个项目提供6280万美元的基础资金。并于2007年11月颁布了《特殊机器人法》。

2008年3月,《智能机器人开发与供应促进法》颁布,并根据该法第5条,于2009年宣布了“第一个智能机器人基本计划(2009-2013年)”。该计划的核心策略是选择三个产品类别进行市场推广,并制定推广政策,三个产品类别是:1)市场拓展(制造机器人);2)开拓新市场(教育、清洁、监视和侦察机器人);3)技术领先(外科医疗、交通/运输、家务、可穿戴设备、水下/航空航天、仿生机器人)。同时,进行了总计6.39亿美元(其中研发投入占72.7%)的政策投资,通过以持续改进为导向的研发来开发关键源技术,避免了简单地模仿过去。2011年,机器人市场超过16.8亿美元。

“第二个智能机器人基本计划(2014-2018年)”推动了专业领域服务机器人的大规模研发项目,并加强了对机器人核心部件和服务的投资。同时制定了“七大机器人融合商业战略路线图”,以拓展机器人技术的其他制造和服务领域,并加强与拥有先进机器人技术国家和地区的全球合作。七个关键领域是:制造业、汽车、医疗及康复、文化、防御、教育和海洋。2014年至2018年的五年时间里,政府投入的与研发相关的预算分别为9190万美元、1.047亿美元、1.08亿美元、1.446亿美元和1.425亿美元。

为了2023年跃居世界四大机器人产业的愿景,韩国2019年宣布了“第三个智能机器人基本计划(2019-2023年)”。第一和第二个基本计划主要集中在政府主导的支持系统和领域,为机器人工业的成长奠定基础;第三个基本计划通过选择和集中前景看好的行业,以及为政府和私营部门分配角色,来促进系统的传播和扩散。第三个基本计划主要任务如下:

(1)扩大对制造机器人的传播,到2023年累计供应70万台制造机器人,为108个工序开发机器人使用标准模型。

(2)集中培育护理、穿戴、医疗、物流等四大服务机器人领域。在国防部、农业部等有关部门的主导下,支持多个不同领域机器人技术的开发和推广:国防领域(无人水面飞行器、可穿戴增强力量机器人)、农业领域(园艺智能农业机器人、无人拖拉机、可控制收割机器人)、水下/勘探区域(可监测环境变化的水下机器人、海上事故安全机器人、水下施工机器人)、疏散/安全区(狭窄空间搜索机器人、带有传感器和药物检测装置的远程移动测量设备)等。

(3)强化机器人产业生态系统——支持三个下一代关键组件(智能控制器、自主移动传感器、智能抓手)和4个关键软件组件(机器人软件平台、抓取技术软件、图像信息处理软件、人机交互)的独立性。加强对减速器、电机、运动控制器等的示范推广支持。

由欧盟第八框架计划(FP8)——“地平线2020”计划(Horizon 2020)资助的机器人项目代表了广泛的研究和创新主题——从制造业、商业和医疗保健到消费者、运输和农业食品机器人。通过这个项目,欧洲委员会在七年的时间里为机器人研究和创新提供了大约7.8亿美元的资金。《2018-2020年工作计划》的主要议题涉及通过机器人技术实现工业数字化、机器人技术在有希望的新领域的应用,以及机器人核心技术,如人工智能和认知、认知机电一体化、社会合作人机交互以及基于模型的设计和配置工具,总预算为1.73亿美元。

欧盟框架计划(FP)于1984年开始启动实施,是由欧洲委员会具体管理的欧盟最主要的科研资助计划,也是迄今为止世界上最大的公共财政科研资助计划,其中“FP8”命名为“地平线2020”。FP6之前的框架计划是五年期,从FP7开始为七年期。2007年至2013年实施的FP7,欧盟在七年内对其财政拨款约为550亿美元(500亿欧元),与机器人相关的部分侧重于与感知、理解、动作认知和智能使能技术相关的研究,直接资助了约130个机器人项目,涉及约500个组织,拨款总额5.96亿美元(5.36亿欧元),与机器人有关的其他技术获得资金1.89亿美元(1.7亿欧元)。

在2002年至2013年实施的FP6和FP7中,与机器人相关的计划仍然侧重于技术研究,但FP8强调创新和技术向市场转移。

FP8从2014年持续到2020年,资助的机器人技术项目涵盖信息通信技术(ICT)、未来新兴技术(FET)以及社会挑战等广泛的研究和创新主题。通过这个项目,欧盟为机器人研究和创新提供了约7.8亿美元(7亿欧元)的资金。FP8在机器人研发领域的三个阶段为:2014-2015年,提升机器人在制造业、商业、民用和农业实际环境中的坚固性、灵活性和自主性,为36个项目提供了总计1.74亿美元(1.57亿欧元)的资金;2016-2017年,投入1.34亿美元(1.21亿欧元),重点研究各种机器人技术和自主系统及能力,如导航、人机交互、识别、认知和处理,并将研究成果推向市场;2018-2020年,通过机器人技术实现工业数字化、机器人在新兴领域的应用以及机器人核心技术,如人工智能与认知、认知机电一体化、社会合作的人-机交互以及基于模型的设计和配置工具,预算总额为1.73亿美元(1.56亿欧元)。

作为其高科技战略的一部分,德国支持在产业和行政管理中使用新的数字技术。“PAiCE”计划的五年预算为5500万美元(5000万欧元),着重于数字产业平台的开发以及使用这些平台公司之间的合作。特别是,面向机器人技术的项目侧重于在服务、物流和制造领域等各种相关应用领域中创建服务机器人解决方案平台。德国是世界第五大机器人市场,在欧洲排名第一,其次是意大利和法国。2018年,德国售出的机器人数量增长了26%,约为2.7万台,创历史新高。

2006年,德国制定了高科技战略,以推动该国成为全球创新领导者,目标是将好的想法迅速转化为创新产品和服务。高科技战略的大体框架促进了公司、大学和研究机构之间的伙伴关系。工业4.0计划是德国高科技战略的一部分,旨在保持德国全球领先的装备制造供应商地位。其中机器人相关的研发发挥着重要作用,因此,德国政府推出了一系列以技术为中心的机器人研发项目。

2009年至2014年间,“AUTONOMIK”计划为制造、物流和装配领域的机器人相关研发项目提供了资金。该计划侧重于前瞻性方法,以推进智能工具和自主系统的开发和验证测试。通过这项计划,德国政府共为14个项目提供了4800万美元(4400万欧元)的资金,涉及来自工业界和学术界的约90个合作伙伴。

自2016年,“PAiCE”计划五年资助金额为5500万美元(5000万欧元),其强调数字产业平台的开发以及使用这些平台的公司之间的协作。特别是,面向机器人的项目致力于为服务机器人在各个应用领域(包括服务、物流和制造领域)创建平台和提供解决方案。

在美国政府的支持下,美国启动了《国家机器人计划》(NRI)进行基础机器人技术的研发。主要目标集中于基础科学、技术和集成系统,以实现协作机器人在生活的各个方面帮助人类的愿景。此外,在《国家机器人计划2.0》中,鼓励学术界、工业界、非营利组织和其他组织之间的合作。2019年《国家机器人计划》的预算是3500万美元。美国国防部和“火星探索计划”(Mars Exploration Program)为在国防和太空领域应用的机器人技术提供了额外的资金。根据《世界机器人》统计年鉴,美国的机器人安装量连续第八年增长,在2018年达最高峰。就年度安装量而言,美国超越韩国位居全球第三。

美国机器人研发项目在关键类别进行了审查,包括“太空机器人技术”、“军用自主车辆和系统”以及“无处不在的协作机器人”,这些项目由美国政府管理。

作为一个太空机器人研发项目,火星探测计划(MEP)是一项长期探索火星的任务,由美国国家航空航天局(NASA)资助。2017年MEP预算约为6.47亿美元,2019年MEP预算约为6.045亿美元。

在军事自主系统研发方面,美国国防部(DOD)一直在管理大量与开发无人系统和机器人有关的项目。自主技术开发主题可分为机器感知、推理和智能、人/自主系统交互和协作(HASIC)、自主系统的可扩展团队(STA)、测试、评估、验证和鉴定(TEVV)。在这些主题中,已经确定了七项核心技术:传感器/有效载荷、导航/控制、武器、通信/数据管理、自治、推进/能源和机动性。最大的投资是集成传感器和有效载荷,其次是导航和控制系统。国防部2019年开发自主系统的年度预算为96亿美元。

在基础机器人研发方面,美国国家机器人计划(NRI)于2011年启动,在美国政府的支持下从NRI-1.0发展到NRI-2.0。一开始,NRI-1.0的目标是通过创新的机器人研究和应用加速机器人在美国的发展和使用,强调实现这种协同机器人与人类伙伴的共生关系。自2016年发布NRI-2.0以来,NRI在“普遍性:协同机器人的无缝集成”政策下主要目标聚焦于研究基础、技术和集成系统,以实现协作机器人在生活的方方面面协助人类的愿景。此外,在NRI-2.0中,鼓励学术界、工业界、非营利组织和其他组织之间的合作,以便在基础科学/工程/技术开发、部署和使用之间建立更好的联系。目前NRI-2.0的年度预算为3500万美元。[机工文献]

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