В последние годы, благодаря прорывным достижениям в области технологий генеративного искусственного интеллекта, индустрия гуманоидных роботов привлекает все большее внимание. Отечественные и международные технологические компании, в том числе Tesla, Huawei, Xiaomi, Tencent и Yushuo Technology, вошли в этот сектор и активизировали свои усилия.

Отчеты об отраслевом анализе показывают, что в 2023 году индустрия роботов-гуманоидов в Китае вступила в период бурного роста: объем рынка достиг 3,91 млрд юаней, что на 85,7% больше, чем в прошлом году. Ожидается, что индустрия роботов-гуманоидов продолжит быстро расти в 2024 и 2025 годах, а к 2026 году размер рынка индустрии роботов-гуманоидов в Китае превысит 20 миллиардов юаней.

(ULSrobotics)

Облегчение тела роботаТехнология является одной из ключевых областей исследований, поскольку она решает такие вопросы, как тесное сотрудничество между людьми и роботами в ограниченном пространстве, обеспечение безопасности во время совместных операций для предотвращения травм от машины, а также повышение мобильности и гибкости робота.

Скелетная структура конечностей служит основным каркасом, поддерживающим различные движения человекоподобных роботов. Сценарии его применения включают материалы корпуса, позвоночник, плечи, предплечья, бедра, голени и другие структурные компоненты. Обычно используемые материалы включают сталь, алюминиевые сплавы, магниевые сплавы, углеродное волокно и полимерные материалы. В условиях тенденции к уменьшению веса «замена стали пластиком» стала горячей темой в производстве гуманоидных роботов.

В этой статье будут представлены восемь широко используемых полимерных материалов в роботах-гуманоидах.

1. Полиэфирэфиркетон (PEEK)
В начале 2024 года Tesla продемонстрировала робота-гуманоида Optimus-Gen2, который уменьшил свой вес на 10 килограммов и увеличил скорость ходьбы на 30% без ущерба для производительности благодаря легкому материалу — PEEK. PEEK — один из ключевых материалов, используемых при производстве гуманоидных роботов.

PEEK, или полиэфирэфиркетон, представляет собой высокоэффективный полимер, состоящий из повторяющихся звеньев, которые содержат одну кетоновую группу и две эфирные группы в структуре основной цепи. Он классифицируется как специальный полимер и является одним из самых высоких по общим характеристикам и стоимости продукта среди инженерных пластиков.

PEEK обладает широким спектром свойств. Он превосходит большинство других специальных конструкционных пластиков с точки зрения жесткости, а также обеспечивает ударную вязкость, механическую прочность и превосходную устойчивость к нагреву, износу и коррозии.

Благодаря высокой удельной прочности и низкой плотности PEEK может значительно снизить вес материала, одновременно отвечая требованиям прочности, что делает его идеальным решением для легких изделий. Он имеет широкий потенциал в промышленных секторах для применения в качестве «замены стали пластиком».

Диаграмма: PEEK имеет значительные преимущества по физическим и химическим свойствам.

PEEK может улучшить свои общие характеристики за счет соединения с такими материалами, как углеродное волокно и стекловолокно. Используя высокую прочность на разрыв и модуль упругости углеродного волокна, материалы PEEK, армированные углеродным волокном, демонстрируют улучшенную ударную вязкость, ударопрочность, удельную прочность и термическую стабильность. Эти свойства делают их пригодными для применения в роботизированных манипуляторах, суставах и других компонентах, имеющих значительный потенциал в роботах-гуманоидах.

При предполагаемой потребности в 10 миллионах человекоподобных роботов ожидается, что использование PEEK для легких решений приведет к дополнительному спросу на 105 000 тонн PEEK, в результате чего объем рынка PEEK составит 52,5 миллиарда юаней.

Диаграмма: Потенциал рынка PEEK в области гуманоидных роботов

2. Полиамид (ПА)
Робот Поппи, разработанный Ensta ParisTech и Flowers Lab из Франции, напечатан на 3D-принтере с использованием технологии селективного лазерного спекания (SLS). Материалом является полиамид (PA), за исключением двигателей и электронных схем.

Нейлон, также известный как полиамид (PA), — это общий термин для термопластичных смол с повторяющимися амидными группами – NHCO – на молекулярной основе. Он широко используется в различных отраслях промышленности и является наиболее часто используемым типом среди пяти основных инженерных пластиков. Нейлон имеет низкую плотность, высокую механическую прочность, жесткость, твердость и ударную вязкость, отличную стойкость к старению, хорошие свойства гашения вибрации, превосходные свойства скольжения, выдающуюся износостойкость и хорошую обрабатываемость. Он также обеспечивает точный контроль во время обработки, отсутствие ползучести и отличные противоизносные характеристики, а также хорошую стабильность размеров. Главный недостаток – высокое водопоглощение.

3. ПК/АБС
Робот-гуманоид NAO, разработанный SoftBank Group, в основном изготовлен из поликарбоната-АБС-пластика, полиамида и термопластических материалов, армированных углеродным волокном.

Конструкционный пластик АБС, также известный как ПК+АБС (конструкционный пластиковый сплав), в химической промышленности обычно называют пластиковым сплавом. Он назван ПК+АБС, потому что этот материал сочетает в себе превосходную термостойкость, стойкость к атмосферным воздействиям, стабильность размеров и ударопрочность смолы ПК с превосходной текучестью обработки смолы АБС. В результате он используется в изделиях с тонкими стенками и сложной формой, сохраняя как свои выдающиеся характеристики, так и формуемость пластиковых материалов, состоящих из сложного эфира.

Главным недостатком инженерного АБС-пластика является его большой вес и плохая теплопроводность. Температура формования определяется диапазоном температур между двумя основными материалами, обычно около 240–265°C. Если температура слишком высокая, АБС разложится, а если слишком низкая, текучесть материала ПК будет недостаточной.