Selon une analyse d'IDTechEx, environ 80 % des robots humanoïdes et des prototypes développés jusqu'à présent sont conçus pour des applications industrielles.

Cette orientation a des conséquences directes sur les matériaux utilisés pour leur fabrication. Les robots conçus pour manipuler des charges et effectuer des tâches répétitives nécessitent des structures et des composants capables de résister à des contraintes mécaniques élevées, mais une augmentation excessive du poids affecte leur autonomie, leur consommation d'énergie et les charges que doivent supporter leurs articulations.

Les humanoïdes industriels atteignent un poids moyen de 78 kg

Les données recueillies par IDTechEx indiquent que les robots humanoïdes destinés aux applications industrielles ont un poids moyen d'environ 78 kg. Certains modèles équipés de roues dépassent même les 100 kg.

Le poids est l'un des principaux paramètres de conception car il influe directement sur les articulations soumises à des charges importantes, telles que les hanches et les genoux des robots bipèdes.

Un robot plus lourd nécessite des actionneurs capables de générer des forces et des couples plus importants. Parallèlement, il requiert une batterie de plus grande capacité pour maintenir une autonomie suffisante et fonctionner pendant de longues périodes. Il en résulte un compromis entre robustesse, poids, capacité de la batterie et autonomie.

Roues contre robots bipèdes

Certains fabricants développent des robots humanoïdes à roues plutôt qu'à système de locomotion bipède. Cette architecture permet d'intégrer des batteries de plus grande capacité sans que le poids supplémentaire ne repose entièrement sur les articulations responsables de la marche.

Cela simplifie également certains problèmes liés à l'équilibre dynamique, notamment lorsque le robot doit transporter ou manipuler des charges. Les robots bipèdes offrent d'autres avantages liés à leur capacité à se déplacer dans des environnements conçus pour les humains, mais ils nécessitent des systèmes de contrôle, des actionneurs et des structures capables de maintenir l'équilibre en permanence lors de leurs déplacements.

Les actionneurs peuvent représenter plus de la moitié du poids

Une part importante du poids des humanoïdes industriels provient des matériaux métalliques, notamment de l'acier et des alliages d'aluminium. Ces matériaux sont utilisés dans les structures et les composants mécaniques qui doivent résister à des charges importantes et à des mouvements répétitifs.

Les actionneurs constituent l'un des composants les plus importants. Selon IDTechEx, ils peuvent représenter plus de 50 % du poids total d'un robot humanoïde. Ils comprennent des éléments tels que des engrenages, des roulements, des arbres et des vis qui doivent allier résistance mécanique, dureté, précision dimensionnelle et résistance à l'usure. Le choix des matériaux pour ces composants est primordial, car les actionneurs effectuent des mouvements répétitifs pendant de longues périodes et sont soumis en permanence à des contraintes mécaniques.

Précision, usure et fatigue des composants

L'un des défis liés au passage des robots humanoïdes du stade de prototype à la production à grande échelle réside dans la fabrication de composants mécaniques de haute précision. Des éléments tels que les engrenages ou les vis à rouleaux planétaires doivent être fabriqués avec des tolérances très serrées et présenter une grande homogénéité entre les unités. Ces pièces sont également soumises à l'usure et à la fatigue dues au fonctionnement répétitif du robot.

La durabilité des composants influe directement sur la maintenance et la durée de vie des robots, notamment dans les applications industrielles où les équipements sont conçus pour fonctionner pendant de nombreuses heures. Par conséquent, le développement de matériaux et de procédés de fabrication permettant de réduire l'usure sans alourdir excessivement les machines constitue un axe de recherche majeur pour l'industrie.

Différents matériaux pour les humanoïdes non industriels

Les besoins évoluent lorsque les robots sont destinés à des applications non industrielles. Les futurs humanoïdes pour le service client, l'hôtellerie, d'autres services ou l'interaction directe avec l'utilisateur devront conserver une robustesse structurelle suffisante, tout en intégrant des fonctionnalités liées à la sécurité et au contact physique.

Dans ces cas, les matériaux flexibles, les surfaces souples et les structures absorbant les chocs peuvent prendre une importance accrue. Le design extérieur revêtira également une importance plus grande que dans certaines applications industrielles, où des facteurs tels que la capacité de charge, la résistance et la durabilité peuvent primer. Par conséquent, le choix des matériaux utilisés pour un robot humanoïde dépendra largement des tâches et de l'environnement dans lesquels il évoluera.

Du prototype à la production industrielle

Le développement des robots humanoïdes reste largement dominé par les prototypes, les essais pilotes et les premières applications commerciales. IDTechEx estime que le marché pourrait atteindre environ un million d'unités d'ici 2030, bien que cette croissance dépende de facteurs technologiques, économiques et réglementaires. Parmi les défis à relever figurent la formation et la programmation des robots, la sécurité, les certifications et l'établissement d'une réglementation pour leur utilisation dans des environnements partagés avec des travailleurs et des utilisateurs.

Il existe également un défi spécifiquement industriel : transférer les matériaux, les composants et les méthodes d’assemblage utilisés dans les prototypes vers des processus capables de produire de grands volumes avec un coût, une qualité et une répétabilité adéquats.

Les matériaux et les composants détermineront l'évolution des humanoïdes

L'évolution des robots humanoïdes ne dépendra pas uniquement de l'intelligence artificielle et des logiciels de contrôle. La réduction du poids, la densité énergétique des batteries, l'efficacité et la durabilité des actionneurs, la longévité des engrenages et la fabrication de composants mécaniques de précision joueront un rôle déterminant dans la pérennité de l'utilisation de ces systèmes.

Dans les applications industrielles, le défi consiste notamment à allier résistance et durabilité à un poids suffisamment faible pour limiter la consommation d'énergie et les charges supportées par les articulations.

À mesure que les projets actuels progressent des prototypes aux applications commerciales, ces besoins détermineront en grande partie le choix et l'évolution des matériaux utilisés dans les prochaines générations de robots humanoïdes.

Auteur : Dr Shababa Selim, analyste technologique senior chez IDTechex