Un componente fundamental del hardware humanoide es el actuador, responsable del movimiento físico del robot humanoide, que permite a estos robots caminar, levantar objetos, manejar herramientas e interactuar con el entorno. Con una tasa de crecimiento anual compuesto (CAGR) del 47 % prevista para las ventas de unidades humanoides durante la próxima década, surgen nuevas oportunidades para que los fabricantes de materiales y los proveedores de componentes se incorporen a la cadena de suministro de este mercado en rápido crecimiento.


Estado actual de los actuadores humanoides

Los actuadores pueden ser lineales o rotativos, y utilizan energía neumática, eléctrica o hidráulica para generar movimiento, siendo los actuadores eléctricos los más populares entre los robots humanoides actuales. Según el análisis de IDTechEx de más de 50 robots humanoides y prototipos, un robot humanoide suele contar con 31 actuadores (excluyendo los efectores finales, como las pinzas o las manos diestras), lo que da lugar a los grados de libertad (DOF) en torno a las articulaciones del esqueleto del humanoide. Los actuadores también varían en función de los requisitos de cada articulación. Por ejemplo, las muñecas y los tobillos suelen utilizar actuadores más pequeños, mientras que las articulaciones que soportan carga, como las caderas y las rodillas, requieren actuadores más grandes y de alta resistencia.

El análisis de IDTechEx estima que alrededor del 56 % del peso del humanoide proviene únicamente de los actuadores. Estos sistemas se basan en materiales rígidos y de alta resistencia, como las aleaciones metálicas (por ejemplo, acero, aluminio, etc.), para los componentes estructurales clave de los actuadores. Además, los imanes permanentes de tierras raras (REPM), como el NdFeB, son fundamentales para los motores de los actuadores de los robots humanoides, ya que proporcionan una alta densidad de par, una alta densidad de potencia y curvas de par más suaves. El informe de IDTechEx «Materiales para robots humanoides: tecnologías, actores y previsiones» ofrece información detallada sobre los requisitos de los materiales y describe los retos a los que se enfrentan los actuadores, con previsiones de demanda a 10 años para materiales clave, incluidos los metales y los imanes permanentes de tierras raras.

¿Hay futuro para los actuadores blandos?

Los actuadores rígidos son especialmente adecuados para movimientos de gran esfuerzo y cargas que requieren alta precisión, algo que suelen exigir las articulaciones de los robots humanoides. Sin embargo, presentan limitaciones, entre las que se incluyen una escasa adaptabilidad a entornos no estructurados, una absorción de impactos que los hace vulnerables a los golpes, el desgaste mecánico y la fatiga. Además, estos sistemas utilizan materiales pesados como el acero (predominantemente) y las aleaciones de aluminio, lo que aumenta el peso y el volumen del robot humanoide y, en última instancia, reduce la movilidad y la eficiencia de la batería.

En comparación con los actuadores rígidos, el uso de actuadores blandos basados en materiales «blandos» —en lugar de metales— permite que los actuadores tengan funciones biomiméticas y se comporten como músculos artificiales. Entre los materiales típicos utilizados para los actuadores blandos se incluyen los polímeros electroactivos, las aleaciones con memoria de forma y los materiales piezoeléctricos, entre otros. Estos materiales responden a un estímulo externo (por ejemplo, corriente, tensión, temperatura, presión, campo magnético, etc.) para generar movimiento.

Sin embargo, estas tecnologías se encuentran todavía en fases de desarrollo y presentan varios retos que deben abordarse.

Aunque la gran mayoría de los diseños humanoides actuales utilizan actuadores rígidos —y IDTechEx considera que estos seguirán siendo la opción predominante—, existe la posibilidad de que los actuadores blandos desempeñen un papel en el futuro (por ejemplo, en diseños híbridos), utilizándose en aquellas áreas donde el movimiento similar al humano tenga mayor prioridad, mientras que los actuadores rígidos se mantendrían para las zonas sometidas a cargas elevadas.

Perspectivas

En general, el enfoque actual de la industria de los humanoides se centra en la estandarización de componentes, la optimización de los diseños para facilitar su fabricación y la creación de cadenas de suministro. Esto también está dando lugar a la aparición de colaboraciones entre fabricantes de equipos originales (OEM) de humanoides y proveedores de actuadores que tradicionalmente abastecen a la industria de la automoción, con el fin de aprovechar los conocimientos técnicos y las cadenas de suministro existentes. La reducción del peso sin comprometer la integridad estructural es también un reto clave en lo que respecta a los actuadores para humanoides. A largo plazo, las innovaciones en materiales serán una piedra angular fundamental para sustentar el desarrollo del hardware humanoide de próxima generación, capaz de abordar los retos a los que se enfrentan las tecnologías de vanguardia actuales.

En esta etapa crucial para el mercado de la robótica humanoide, el informe de IDTechEx «Materiales para robots humanoides: tecnologías, actores y previsiones» ofrece información esencial sobre el mercado y sus tendencias, destacando las principales oportunidades emergentes para los proveedores de materiales y componentes. El informe ofrece un análisis en profundidad de los requisitos y las hojas de ruta de los materiales, los retos y los cuellos de botella, así como una visión general de las cadenas de suministro y los actores del sector para los principales componentes de los robots humanoides, incluidos los actuadores, los elementos estructurales (bastidores, carcasas y paneles, y revestimiento), la gestión térmica y los sensores táctiles. El informe también ofrece previsiones de demanda a 10 años segmentadas por tipo de material, incluyendo aleaciones metálicas (acero, aluminio y magnesio), imanes permanentes de tierras raras, plásticos técnicos (por ejemplo, PEEK, PC-ABS) y mucho más.