Negli ultimi anni, grazie ai progressi rivoluzionari nella tecnologia dell'intelligenza artificiale generativa, l'industria dei robot umanoidi ha guadagnato una crescente attenzione. Aziende tecnologiche nazionali e internazionali, tra cui Tesla, Huawei, Xiaomi, Tencent e Yushuo Technology, sono entrate nel settore e hanno intensificato i loro sforzi.

I rapporti di analisi del settore mostrano che nel 2023, l'industria cinese dei robot umanoidi è entrata in un periodo di crescita esplosiva, con le dimensioni del mercato che hanno raggiunto i 3,91 miliardi di yuan, con un aumento su base annua dell'85,7%. Si prevede che l'industria dei robot umanoidi continuerà a crescere rapidamente nel 2024 e nel 2025 ed entro il 2026 la dimensione del mercato dell'industria cinese dei robot umanoidi supererà i 20 miliardi di yuan.

(ULS Robotica)

Alleggerimento del corpo roboticola tecnologia è una delle aree chiave della ricerca, poiché affronta questioni come la stretta collaborazione tra esseri umani e robot in spazi ristretti, garantendo la sicurezza durante le operazioni congiunte per prevenire lesioni provocate dalla macchina e migliorando la mobilità e la flessibilità del robot.

La struttura scheletrica degli arti funge da struttura di base che supporta vari movimenti dei robot umanoidi. I suoi scenari applicativi includono materiali del guscio, colonna vertebrale, parte superiore delle braccia, avambracci, cosce, parte inferiore delle gambe e altri componenti strutturali. I materiali comuni utilizzati includono acciaio, leghe di alluminio, leghe di magnesio, fibra di carbonio e materiali polimerici. Con la tendenza all'alleggerimento, la "sostituzione dell'acciaio con la plastica" è diventata un tema caldo nella produzione di robot umanoidi.

Questo articolo introdurrà otto materiali polimerici comunemente utilizzati nei robot umanoidi.

1. Polietere etere chetone (PEEK)
All’inizio del 2024, Tesla ha presentato il robot umanoide Optimus-Gen2, che ha ridotto il suo peso di 10 chilogrammi e aumentato la velocità di camminata del 30% senza sacrificare le prestazioni, grazie a un materiale leggero: il PEEK. Il PEEK è una delle materie prime chiave utilizzate nella produzione di robot umanoidi.

PEEK, o polietereterchetone, è un polimero ad alte prestazioni composto da unità ripetitive che contengono un gruppo chetone e due gruppi eterei nella struttura della catena principale. È classificato come polimero speciale ed è uno dei più elevati in termini di prestazioni complessive e valore del prodotto tra i tecnopolimeri.

Il PEEK ha una gamma completa di proprietà. Supera le prestazioni della maggior parte degli altri tecnopolimeri speciali in termini di rigidità, offrendo allo stesso tempo tenacità, resistenza meccanica ed eccellente resistenza al calore, all'usura e alla corrosione.

Con un'elevata resistenza specifica e una bassa densità, il PEEK può ridurre significativamente il peso del materiale soddisfacendo al tempo stesso i requisiti di resistenza, rendendolo una soluzione ideale per applicazioni leggere. Ha un ampio potenziale nei settori industriali per applicazioni di "plastica in sostituzione dell'acciaio".

Grafico: il PEEK presenta vantaggi significativi nelle proprietà fisiche e chimiche.

Il PEEK può migliorare le sue prestazioni complessive essendo combinato con materiali come fibra di carbonio e fibra di vetro. Sfruttando l'elevata resistenza alla trazione e il modulo elastico della fibra di carbonio, i materiali PEEK rinforzati con fibra di carbonio mostrano tenacità, resistenza agli urti, resistenza specifica e stabilità termica migliorate. Queste proprietà li rendono adatti per applicazioni in bracci robotici, collegamenti articolari e altri componenti, con un potenziale significativo nei robot umanoidi.

Con una domanda stimata di 10 milioni di robot umanoidi, si prevede che l'uso del PEEK per soluzioni leggere stimolerà ulteriori 105.000 tonnellate di domanda di PEEK, con una dimensione del mercato del PEEK pari a 52,5 miliardi di RMB.

Grafico: mercato PEEK Popotenziale nei robot umanoidi

2. Poliammide (PA)
Il robot Poppy, progettato da Ensta ParisTech e Flowers Lab dalla Francia, ha tutte le parti stampate in 3D utilizzando la tecnologia Selective Laser Sintering (SLS), con il materiale poliammide (PA), ad eccezione dei motori e dei circuiti elettronici.

Il nylon, noto anche come poliammide (PA), è un termine generale per resine termoplastiche con gruppi ammidici ripetuti – NHCO – sulla struttura molecolare. È ampiamente utilizzato in vari settori ed è il tipo più comunemente utilizzato tra i cinque principali tecnopolimeri. Il nylon ha bassa densità, elevata resistenza meccanica, rigidità, durezza e tenacità, eccellente resistenza all'invecchiamento, buone proprietà di smorzamento delle vibrazioni, proprietà di scorrimento superiori, eccezionale resistenza all'usura e buona lavorabilità. Presenta inoltre un controllo preciso durante la lavorazione, senza scorrimento ed eccellenti prestazioni antiusura, oltre a una buona stabilità dimensionale. Lo svantaggio principale è l'elevato assorbimento d'acqua.

3. PC/ABS
Il robot umanoide NAO, sviluppato da SoftBank Group, è realizzato principalmente in plastica policarbonato-ABS, poliammide e materiali termoplastici rinforzati con fibra di carbonio.

La plastica tecnica ABS, nota anche come PC+ABS (lega di plastica tecnica), viene comunemente chiamata lega plastica nell'industria chimica. Si chiama PC+ABS perché questo materiale combina l'eccellente resistenza al calore, agli agenti atmosferici, la stabilità dimensionale e la resistenza agli urti della resina PC con l'eccellente fluidità di lavorazione della resina ABS. Di conseguenza, viene utilizzato in prodotti con pareti sottili e forme complesse, mantenendo sia le sue eccezionali prestazioni che la modellabilità delle materie plastiche composte da un estere.

Lo svantaggio principale della plastica tecnica ABS è il suo peso elevato e la scarsa conduttività termica. La sua temperatura di stampaggio è determinata dall'intervallo di temperatura tra i due materiali di base, tipicamente intorno ai 240-265°C. Se la temperatura è troppo alta, l'ABS si decomporrà, mentre se è troppo bassa, la fluidità del materiale PC sarà inadeguata.