Фундаментальным компонентом человекоподобных роботов является привод, отвечающий за физическое движение робота, позволяющий ему ходить, поднимать предметы, работать с инструментами и взаимодействовать с окружающей средой. С прогнозируемым среднегодовым темпом роста (CAGR) продаж человекоподобных роботов в течение следующего десятилетия в 47%, у производителей материалов и поставщиков компонентов открываются новые возможности для выхода на этот быстрорастущий рынок.


Современное состояние приводов для человекоподобных роботов:

Приводы могут быть линейными или вращательными и использовать пневматическую, электрическую или гидравлическую энергию для создания движения, при этом электрические приводы являются наиболее популярными среди современных человекоподобных роботов. Согласно анализу IDTechEx более чем 50 человекоподобных роботов и прототипов, человекоподобный робот обычно имеет 31 привод (исключая концевые эффекторы, такие как захваты или ловкие руки), что определяет степени свободы (DOF) вокруг суставов человекоподобного скелета. Приводы также различаются в зависимости от требований каждого сустава. Например, для запястий и лодыжек обычно используются приводы меньшего размера, в то время как для опорных суставов, таких как тазобедренные и коленные, требуются более крупные и мощные приводы.

Анализ IDTechEx показывает, что около 56% веса гуманоидного робота приходится исключительно на его приводы. В этих системах для ключевых структурных компонентов используются жесткие, высокопрочные материалы, такие как металлические сплавы (например, сталь, алюминий и т. д.). Кроме того, редкоземельные постоянные магниты (РЗМ), такие как NdFeB, имеют решающее значение для двигателей приводов гуманоидных роботов, поскольку они обеспечивают высокую плотность крутящего момента, высокую плотность мощности и более плавные кривые крутящего момента. В отчете IDTechEx «Материалы для гуманоидных роботов: технологии, игроки и прогнозы» представлена ​​подробная информация о требованиях к материалам и описаны проблемы, стоящие перед приводами, с 10-летним прогнозом спроса на ключевые материалы, включая металлы и редкоземельные постоянные магниты.

Есть ли будущее у мягких приводов?

Жесткие актуаторы особенно хорошо подходят для движений с большими усилиями и нагрузками, требующими высокой точности, что часто имеет место в суставах человекоподобных роботов. Однако у них есть ограничения, включая плохую адаптацию к неструктурированным средам, амортизацию, делающую их уязвимыми к ударам, механический износ и усталость. Кроме того, в этих системах используются тяжелые материалы, такие как сталь (преимущественно) и алюминиевые сплавы, что увеличивает вес и габариты человекоподобного робота и в конечном итоге снижает мобильность и эффективность батареи.

По сравнению с жесткими актуаторами, использование мягких актуаторов на основе «мягких» материалов — вместо металлов — позволяет актуаторам выполнять биомиметические функции и вести себя как искусственные мышцы. Типичные материалы, используемые для мягких актуаторов, включают электроактивные полимеры, сплавы с эффектом памяти формы и пьезоэлектрические материалы, среди прочих. Эти материалы реагируют на внешнее воздействие (например, ток, напряжение, температура, давление, магнитное поле и т. д.) для генерации движения.

Однако эти технологии все еще находятся на стадии разработки и представляют ряд проблем, которые необходимо решить.

Хотя подавляющее большинство современных гуманоидных роботов используют жесткие приводы — и IDTechEx считает, что они останутся преобладающим вариантом — мягкие приводы могут сыграть свою роль в будущем (например, в гибридных конструкциях), используясь в областях, где приоритет отдается движению, подобному человеческому, в то время как жесткие приводы будут сохранены для областей, подверженных высоким нагрузкам.

Перспективы:

В целом, в настоящее время основное внимание в индустрии гуманоидных роботов уделяется стандартизации компонентов, оптимизации конструкций для упрощения производства и созданию цепочек поставок. Это также приводит к появлению сотрудничества между производителями оригинального оборудования (OEM) гуманоидных роботов и поставщиками приводов, традиционно обслуживающими автомобильную промышленность, с целью использования существующего опыта и цепочек поставок. Снижение веса без ущерба для структурной целостности также является ключевой задачей для приводов гуманоидных роботов. В долгосрочной перспективе инновации в материалах станут краеугольным камнем поддержки разработки аппаратного обеспечения гуманоидных роботов следующего поколения, способного решать задачи, стоящие перед современными передовыми технологиями.

На этом решающем этапе развития рынка человекоподобной робототехники отчет IDTechEx «Материалы для человекоподобных роботов: технологии, игроки и прогнозы» предоставляет важную информацию о рынке и его тенденциях, освещая ключевые новые возможности для поставщиков материалов и компонентов. Отчет предлагает углубленный анализ требований к материалам и планов развития, проблем и узких мест, а также обзор цепочек поставок и игроков отрасли для ключевых компонентов человекоподобных роботов, включая приводы, конструктивные элементы (рамы, корпуса и панели, а также облицовку), системы терморегулирования и тактильные датчики. В отчете также представлены 10-летние прогнозы спроса, сегментированные по типам материалов, включая металлические сплавы (сталь, алюминий и магний), редкоземельные постоянные магниты, конструкционные пластмассы (например, PEEK, PC-ABS) и многое другое.