《我的机器人女友》世界，
“次郎（小出惠介饰）是个寂寞的大学生，到了生日也没人为他祝福。次郎跑到百货公司给自己买二十岁生日的礼物，他碰到了一个好像刚从火灾现场逃出来的可爱女孩（绫濑遥饰），女孩随手挑了件连衣裙穿上，没付钱就扬长而去。接着，次郎在餐厅独自吃饭时，又碰到了她。
‘今天也是我生日啊！’女孩拉着次郎一起庆祝生日。次郎被她搞得团团转，还被她打，两人因为吃霸王餐给警察狂追。次郎的人生中从来没有过这么刺激的夜晚。然而，当次郎坠入爱河、深深被这个不按理出牌的漂亮女孩吸引时，她却突然不知所踪。
一年后，次郎在21岁生日那天居然又遇到了她（绫濑遥饰）！然而，她似乎发生了微妙的变化。一个持枪男子袭击餐厅，在次郎即将被子弹击中的瞬间，女孩化解了次郎的危机。女孩说出了真相，原来她是来自未来的机器人——一直忘不了20岁生日那场邂逅的未来的次郎，制作了一个和那个女孩完全一样的机器人送到过去，想要改变自己不走运的人生。由此，不知所措的次郎开始了和机器人女友朝夕相处的奇妙生活。
机器人女孩不仅在家里照顾次郎，而且还去大学和打工的地方看次郎。她利用特殊能力屡屡帮助次郎，还把他带往过去享受快乐的时光旅行。次郎渐渐爱上了她，爱上了这个没有情感的机器人。为了让她嫉妒，次郎故意和别的女孩约会，然而机器人根本不懂什么是嫉妒。绝望的次郎一气之下把机器人女孩赶出了家门，随即独自一人伤心不已。
一天，大地震突然爆发，次郎坠楼濒危。在混乱的局面中，次郎与机器人女孩意外重逢。他们之间的爱创作出奇迹，战胜了次郎死于事故的命运，超越了生物人与机器人的隔阂……”
“嘤嘤嘤，请注意，这个世界与你记忆中的有些不同。”
“嘤嘤嘤，请注意，这个世界可能并不仅仅只有《我的机器人女友》！”
“嘤嘤嘤，请注意，在这个世界，某些人的命运可能会与宿主记忆中的情节、资料等存在差异，甚至可能不存在……”
“未来二十六世纪，当时的科技已然十分发达，人类正进行整个太阳系的大开发。2531年12月3日，日本大财团源氏下辖的一家新公司，日本平行线旅行科技株式会社开始了一项研究，研究能否进行时空穿梭、时空旅行，回到过去或去到未来。
2551年7月10日，日本平行线旅行科技株式会社的研究有了重大的进展，旋即开始准备起了一次回到过去的时空穿梭试验。
同日，日本平行线旅行科技株式会社特别聘任的人工智能与机器人实验室主管兼唯一员工，21岁的天才女科学家绫濑玉（家中仅余一人）接到了一个任务。
在以着最快速度完善了新研究出来的人工智能系统（拟人度80%）以后，绫濑玉很快就借助着超级量子计算机的算力完成了对试验用机器人的设计。
旋即，绫濑玉使用实验室内的万能型3D打印机等机械，完成了对试验用机器人的制造并加装了新型人工智能系统。
不知怎么想的，绫濑玉所制造出来的LL-001号机器人（代号：绫濑玲）是一个女性机器人，除了机体的人工智能系统的设定、属性为女性外，女机器人的机体结构、功能模拟等都与人类女性几乎完全无异，且还是以绫濑玉自己的身体为样本一寸一寸扫描所得。
同样不知怎么想的，在给女机器人的系统进行设定时，除了设定了公司安排的任务（记录所抵达时空的各方面情况等），绫濑玉还将自己从小到大的许多记忆都传入了机器人的系统，并以此为基础对之进行了情感模拟设定并微调……
如果其系统的拟人度能达至100%的话，女机器人绫濑玲（代号）还真就算得上是绫濑玉的双胞胎妹妹，一个即将踏上时空穿梭之旅的机器人妹妹。
‘玲，记得代我好好旅游一番，并多拍些风景照片以及自拍照回来……现在环境污染这么严重，全息投影再真，也终究是虚假的，而非纯天然的……凉子，到时候看不羡慕死你？这可是时空穿梭啊，以前还从未有人进行过呢！唔，不过，我这样造假骗凉子会不会不太好……’
‘遵命，姐姐大人！请问还有什么吩咐？’
‘？哎，玲还是有些太呆板了，拟人度也有些太低了。不过，人工智能系统想要提升拟人度真的有些难啊……’
2551年7月15日9时00分00秒，在财团高层、公司高层、公司主管级、绫濑玉等人的见证下，时空穿梭装置运转至了最强状态。
下一瞬，这个世界发生了剧变。
在LL-001号机器人开始时空穿梭并凭空消失的同时，离得时空穿梭装置最近的绫濑玉也莫名其妙的凭空消失不见了。
同一瞬，不知是由何种因素所引发的，世界陡然开始了时空回溯……
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