建设美国国家制造业创新网络是奥巴马政府在2012年提出来的重振美国制造业的举措之一，通过组建各个关键领域的制造业创新研究所，形成全国性的制造业领域政产学研协同创新网络。截至2016年4月，已建立了8家研究所，另有4-5家在开展机构或主题招标。其中，国防部筹建的两家研究所主题招标披露了6项具体研究主题和1项开放主题，并将通过组织研讨会等形式的讨论会商后，选定2项研究主题作为研究所的聚焦领域^[1]。这6大主题及其关注的技术要点如下：

1、用于再生医学的生物工程

（1）用户自定义的通用测试设备或传感器，用于理解、监测和表征制造过程中的产物，建立制造标准；（2）在制造过程中或最终产品中实现细胞、组织或器官的无损（或最小化）测试或传感；（3）在细胞或组织生物工程和/或增材制造领域推动微机电系统、微流体和系统生物学的研发；（4）预测工具或模型，基于体外和/或体内的结果数据优化产品配方和成分；（5）规模化结构工具和模型，以实现从单细胞到产品的规模化设计；（6）对再生组织植入后感官反馈的非侵入性评估工具和方法；（7）有针对性的、适合目标的细胞培养媒质和试剂；（8）宿主系统、聚合物和图纹以支撑细胞、组织和器官生物工程；（9）全面监管工具、技术和方法，监视或保护细胞和组织的生存力或活性；（10）创新性的存储方法以保证生物工程细胞、组织和器官的长期活性；（11）包含细胞和支撑框架的3D结构体增材制造技术；（12）平台技术或模块化平台技术，支持细胞、组织和器官生物工程；（13）开发分布式制造技术，以实现空间上分隔的制造和测试。

2、跨行业部门的生物打印

（1）增加速度（每秒打印的细胞、材料或生物因子数量）和提高分辨率（点大小或生物打印的线宽）；（2）拓宽可打印材料的范围，包括软/硬组织或材料以及作为软/硬组织和材料之间的梯度和接口；（3）更多样化的墨水和可层叠的纸张，可用来模仿隔膜组织和薄膜界面；（4）更多样化的墨水和纸张堆叠，可以阻隔组织模型的开发和膜接口；（5）适用于不同生产规模、行业标准的打印机；（6）提升制造的复杂度。

3、制造业的数字安全保障——制造业网络安全

（1）保密性，涉及应对重要国家安全信息和商业知识产权等技术数据的失窃；（2）完整性，涉及应对数据篡改，导致工艺和最终产品性能改变；（3）可用性，涉及应对工艺控制权受损或丧失，导致重大损失甚至生产线的关停。

4、先进机床与控制系统

（1）减少占地面积和提高布局灵活性的机器人加工系统；（2）低成本、高质量、高精度机器；（3）具有更好人机交互界面和编程方式的集成式开源联网系统；（4）用于闭环控制系统的集成传感器；（5）可进行直观、实时分析与优化的先进人机交互界面；（6）用于制造更轻、更廉价、刚度更强，更具热稳定性和抗振动性能机器和机床的新材料；（7）实现设计、加工、材料、材料对机器、机器对机器、机器对工厂等多个级别的集成式自动化；（8）全无缝技术，包括增材/减材制造、加工与检验；（9）用于达到更快产品周期、更高经济价值和更高质量的先进工具；（10）实现包括全集成模拟和质量测试在内的“一批次”制造；（11）探索制造业新技术（如激光器）。

5、对产品及工艺模型的认证、评估与鉴定

（1）开发通用的性能模型，可定制化用于一类特定的产品或系统（如飞机、直升机、地面车辆等）；（2）将模型开发为先进制造能力（如增材制造、加工、成型等），在产品生产完之前用于评价其质量；（3）验证这些模型，以便替代或显著强化当前的物理检验法，降低成本及耗时；（4）利用虚拟技术替代物理检验；（5）生产系统被完全建模，而对操作要素的安全性、人体工程学等进行彻底的评估。

6、辅助与柔性机器人

（1）机器人与机械工具界面、质量体系、组件制造实时调整；（2）监控和预测机器行为，预先改变过程参数到多功能自治系统；（3）易于从人类互动中学习；（4）机器人群体自组装，来合作构建新的结构、部件等；（5）机器人需要柔性材料和结构，以执行复杂的运动，并与人类安全地合作；（6）特定功能需要柔性和刚性机器人融合。

（万勇 黄健 姜山 冯瑞华）