En los últimos años, gracias a los avances revolucionarios en la tecnología de inteligencia artificial generativa, la industria de los robots humanoides ha ganado cada vez más atención. Empresas de tecnología nacionales e internacionales, incluidas Tesla, Huawei, Xiaomi, Tencent y Yushuo Technology, han ingresado al sector e intensificado sus esfuerzos.

Los informes de análisis de la industria muestran que en 2023, la industria de robots humanoides de China entró en un período de crecimiento explosivo, con un tamaño de mercado que alcanzó los 3,91 mil millones de yuanes, un aumento interanual del 85,7%. Se espera que la industria de robots humanoides continúe creciendo rápidamente en 2024 y 2025, y para 2026, el tamaño del mercado de la industria de robots humanoides de China superará los 20 mil millones de yuanes.

(ULSrobótica)

Aligeramiento del cuerpo robóticoLa tecnología es una de las áreas clave de investigación, ya que aborda cuestiones como la estrecha colaboración entre humanos y robots en espacios reducidos, garantizando la seguridad durante las operaciones conjuntas para evitar lesiones causadas por la máquina y mejorando la movilidad y flexibilidad del robot.

La estructura esquelética de las extremidades sirve como marco básico que soporta varios movimientos de los robots humanoides. Sus escenarios de aplicación incluyen materiales de carcasa, columna vertebral, parte superior de los brazos, antebrazos, muslos, parte inferior de las piernas y otros componentes estructurales. Los materiales comunes utilizados incluyen acero, aleaciones de aluminio, aleaciones de magnesio, fibra de carbono y materiales poliméricos. Bajo la tendencia de aligerar el peso, "reemplazar el acero por plástico" se ha convertido en un tema candente en la fabricación de robots humanoides.

Este artículo presentará ocho materiales poliméricos comúnmente utilizados en robots humanoides.

1. Poliéter éter cetona (PEEK)
A principios de 2024, Tesla presentó el robot humanoide Optimus-Gen2, que redujo su peso en 10 kilogramos y aumentó la velocidad al caminar en un 30% sin sacrificar el rendimiento, gracias a un material liviano: PEEK. PEEK es una de las materias primas clave utilizadas en la producción de robots humanoides.

PEEK, o polieteretercetona, es un polímero de alto rendimiento compuesto de unidades repetidas que contienen un grupo cetona y dos grupos éter en la estructura de la cadena principal. Está clasificado como un polímero especializado y es uno de los más altos en términos de rendimiento general y valor del producto entre los plásticos de ingeniería.

PEEK tiene una amplia gama de propiedades. Supera a la mayoría de los demás plásticos de ingeniería especializados en términos de rigidez, al mismo tiempo que ofrece tenacidad, resistencia mecánica y excelente resistencia al calor, el desgaste y la corrosión.

Con una alta resistencia específica y baja densidad, PEEK puede reducir significativamente el peso del material y al mismo tiempo cumplir con los requisitos de resistencia, lo que lo convierte en una solución ideal para aplicaciones livianas. Tiene un amplio potencial en sectores industriales para aplicaciones de "plástico que reemplaza al acero".

Gráfico: PEEK tiene importantes ventajas en propiedades físicas y químicas.

PEEK puede mejorar su rendimiento general al estar compuesto con materiales como fibra de carbono y fibra de vidrio. Aprovechando la alta resistencia a la tracción y el módulo elástico de la fibra de carbono, los materiales PEEK reforzados con fibra de carbono exhiben tenacidad, resistencia al impacto, resistencia específica y estabilidad térmica mejoradas. Estas propiedades los hacen adecuados para aplicaciones en brazos robóticos, articulaciones y otros componentes, con un potencial significativo en robots humanoides.

Con una demanda estimada de 10 millones de robots humanoides, se espera que el uso de PEEK para soluciones livianas genere 105.000 toneladas adicionales de demanda de PEEK, lo que resultará en un tamaño de mercado de PEEK de 52.5 mil millones de RMB.

Gráfico: Mercado PEEK Potencialpotencial en robots humanoides

2. Poliamida (PA)
El robot Poppy, diseñado por Ensta ParisTech y Flowers Lab de Francia, tiene todas las piezas impresas en 3D mediante tecnología de Sinterización Láser Selectiva (SLS), siendo el material Poliamida (PA), excepto los motores y los circuitos electrónicos.

El nailon, también conocido como poliamida (PA), es un término general para resinas termoplásticas con grupos amida repetidos (NHCO) en la estructura molecular. Se utiliza ampliamente en diversas industrias y es el tipo más utilizado entre los cinco principales plásticos de ingeniería. El nailon tiene baja densidad, alta resistencia mecánica, rigidez, dureza y tenacidad, excelente resistencia al envejecimiento, buenas propiedades de amortiguación de vibraciones, propiedades de deslizamiento superiores, excelente resistencia al desgaste y buena maquinabilidad. También exhibe un control preciso durante el mecanizado, sin fluencia y un excelente rendimiento antidesgaste, así como una buena estabilidad dimensional. El principal inconveniente es su alta absorción de agua.

3. PC/ABS
El robot humanoide NAO, desarrollado por SoftBank Group, está hecho principalmente de plástico de policarbonato-ABS, poliamida y materiales termoplásticos reforzados con fibra de carbono.

El plástico de ingeniería ABS, también conocido como PC+ABS (aleación de plástico de ingeniería), se conoce comúnmente como aleación de plástico en la industria química. Se denomina PC+ABS porque este material combina la excelente resistencia al calor, la resistencia a la intemperie, la estabilidad dimensional y la resistencia al impacto de la resina de PC con la excelente fluidez de procesamiento de la resina ABS. Como resultado, se utiliza en productos con paredes delgadas y formas complejas, manteniendo tanto su excelente rendimiento como la moldeabilidad de los materiales plásticos compuestos de un éster.

El principal inconveniente del plástico de ingeniería ABS es su gran peso y su mala conductividad térmica. Su temperatura de moldeo está determinada por el rango de temperatura entre los dos materiales base, normalmente entre 240 y 265 °C. Si la temperatura es demasiado alta, el ABS se descompondrá y si es demasiado baja, la fluidez del material de PC será inadecuada.