Um componente fundamental do hardware humanoide é o atuador, responsável pelo movimento físico do robô humanoide, permitindo que estes robôs andem, levantem objetos, manuseiem ferramentas e interajam com o meio envolvente. Com uma taxa de crescimento anual composta (CAGR) projetada de 47% para as vendas de unidades humanoides na próxima década, estão a surgir novas oportunidades para os fabricantes de materiais e fornecedores de componentes que desejam entrar na cadeia de abastecimento deste mercado em rápida expansão.


Estado atual dos atuadores humanoides:

Os atuadores podem ser lineares ou rotativos e utilizam energia pneumática, elétrica ou hidráulica para gerar movimento, sendo os atuadores elétricos os mais populares entre os robôs humanoides atuais. De acordo com a análise da IDTechEx a mais de 50 robôs humanoides e protótipos, um robô humanoide possui normalmente 31 atuadores (excluindo os efetores finais, como garras ou mãos dextras), resultando nos graus de liberdade (DOF) em torno das articulações do esqueleto humanoide. Os atuadores também variam consoante os requisitos de cada articulação. Por exemplo, os pulsos e os tornozelos utilizam normalmente atuadores mais pequenos, enquanto as articulações que suportam peso, como as ancas e os joelhos, requerem atuadores maiores e de alta resistência.

Uma análise da IDTechEx estima que cerca de 56% do peso de um humanoide provém exclusivamente dos seus atuadores. Estes sistemas dependem de materiais rígidos e de alta resistência, como ligas metálicas (por exemplo, aço, alumínio, etc.), para componentes estruturais essenciais. Além disso, os ímanes permanentes de terras raras (REPMs), como o NdFeB, são cruciais para os motores dos atuadores dos robôs humanoides, uma vez que proporcionam uma elevada densidade de binário, uma elevada densidade de potência e curvas de binário mais suaves. O relatório da IDTechEx, “Materiais para Robôs Humanoides: Tecnologias, Empresas e Previsões”, fornece informações detalhadas sobre os requisitos de materiais e descreve os desafios enfrentados pelos atuadores, com previsões de procura para os próximos 10 anos para materiais-chave, incluindo metais e ímanes permanentes de terras raras.

Existe futuro para os atuadores flexíveis?

Os atuadores rígidos são particularmente adequados para movimentos de alta força e cargas que exigem alta precisão, o que é comum nas articulações de robôs humanoides. No entanto, apresentam limitações, incluindo baixa adaptabilidade a ambientes não estruturados, absorção de choque que os torna vulneráveis ​​a impactos, desgaste mecânico e fadiga. Além disso, estes sistemas utilizam materiais pesados, como aço (predominantemente) e ligas de alumínio, o que aumenta o peso e o volume do robô humanoide e, em última análise, reduz a mobilidade e a eficiência da bateria.

Em comparação com os atuadores rígidos, a utilização de atuadores flexíveis baseados em materiais "macios" — em vez de metais — permite que os atuadores tenham funções biomiméticas e se comportem como músculos artificiais. Os materiais típicos utilizados para atuadores flexíveis incluem polímeros eletroativos, ligas com memória de forma e materiais piezoelétricos, entre outros. Estes materiais respondem a um estímulo externo (por exemplo, corrente, tensão, temperatura, pressão, campo magnético, etc.) para gerar movimento.

No entanto, estas tecnologias ainda se encontram em fase de desenvolvimento e apresentam vários desafios que precisam de ser ultrapassados.

Embora a grande maioria dos designs humanoides atuais utilize atuadores rígidos — e a IDTechEx acredita que estes continuarão a ser a opção predominante —, os atuadores flexíveis poderão desempenhar um papel no futuro (por exemplo, em designs híbridos), sendo utilizados em áreas onde o movimento semelhante ao humano é uma prioridade, enquanto os atuadores rígidos seriam mantidos para áreas sujeitas a cargas elevadas.

Perspetivas:

De um modo geral, o foco atual da indústria de humanoides está na padronização de componentes, na otimização de designs para facilitar o fabrico e no estabelecimento de cadeias de abastecimento. Isto está também a levar ao surgimento de colaborações entre fabricantes de equipamento original (OEMs) de humanoides e fornecedores de atuadores que tradicionalmente servem a indústria automóvel, a fim de aproveitar a experiência e as cadeias de abastecimento existentes. Reduzir o peso sem comprometer a integridade estrutural é também um desafio fundamental para os atuadores humanoides. A longo prazo, as inovações nos materiais serão a base para o desenvolvimento de hardware humanoide de próxima geração, capaz de enfrentar os desafios das tecnologias de ponta atuais.

Nesta fase crucial para o mercado da robótica humanoide, o relatório da IDTechEx, "Materiais para Robôs Humanoides: Tecnologias, Empresas e Previsões", oferece informações essenciais sobre o mercado e as suas tendências, destacando as principais oportunidades emergentes para os fornecedores de materiais e componentes. O relatório apresenta uma análise aprofundada dos requisitos e roteiros de materiais, desafios e estrangulamentos, bem como uma visão geral das cadeias de abastecimento e das principais empresas do setor de componentes-chave para robôs humanoides, incluindo atuadores, elementos estruturais (estruturas, carcaças, painéis e revestimentos), gestão térmica e sensores táteis. O relatório também fornece previsões de procura para os próximos 10 anos, segmentadas por tipo de material, incluindo ligas metálicas (aço, alumínio e magnésio), ímanes permanentes de terras raras, plásticos de engenharia (como PEEK e PC-ABS) e muito mais.