Гуманоид роботтардың қарқынды таралуында көміртек талшық композиттер қандай рөл атқарады?

Tesla-ның Optimus икемді түрде жылжиды, ал UBTech-тің Walker қолы нақты әрекеттер орындайды. Бұл таңғажайып жетістіктердің артында алюминийден 30% жеңіл құпия материал роботтардың қозғалыс шектерін қайта анықтап отыр.

Tesla Optimus роботы алға қарай тұмсығымен секіреді, Figure AI-дің бағасы 39,5 миллиард доллардан асады, ал Zongqing Robotics-тің гуманоид роботы тік жазылған жазықтықта сағатына 7,2 километр жылдамдықпен жүре алады... Гуманоид робототехника өнеркәсібі үздіксіз өсуге қарай үдеуде.

Goldman Sachs гуманоид роботтар нарығы 2035 жылға дейін 154 миллиард долларға жетуі мүмкін деп болжайды. Осыған жету үшін роботтар өз салмағының артуы салдарынан қозғалыс қабілетінің әлсіреуі сияқты негізгі шектеулерді жеңуі тиіс.

Жеңілдік Революциясы: Салмағын 30% азайтудағы технологиялық жаңалық

Гуманоид робототехника саласында салмақты азайту — тек 'денесін арзандату' емес, сонымен қатар орындалу сапасын арттырудың негізгі технологиялық жетістігі болып табылады.

Дәстүрлі метал материалдар қажетті беріктікті иемденеді, бірақ олардың жоғары тығыздығы роботтарды жеңілдету талабын қанағаттандыруға лайық емес. Мысалы, тығыздығы 2,63–2,85 г/см³ болатын алюминий қорытпасын алайық: ол болатқа қарағанда шамамен екі үштен біреуіне жеңіл. Дегенмен қозғалыс мүмкіндігін шектеусіз арттыруды мақсат етіп отырған антропоморфты роботтар үшін бұл әлі де жеткіліксіз.

Көміртек талшықтарымен күшейтілген полимердің (CFRP) пайда болуы бұл салаға түбірлі өзгеріс енгізді. Көміртек талшықтарымен күшейтілген смола матрицасынан тұратын осы композитті материалдың тығыздығы бар болғаны 1,5–2,0 г/см³. Ол алюминий қорытпаларына қарағанда шамамен 30% жеңіл болып, сонымен қатар меншікті беріктігі мен меншікті серпімділік модулі жағынан жоғары көрсеткішке ие.

Ішкі мекемелердің зерттеулері бойынша көміртек талшықтарынан жасалған роботтық қолдар алюминий қорытпаларына қарағанда жалпы массада 30% жеңіл болады. Бұл роботтардың қолдарын оңай көтеруіне, дәлірек қимылдар жасауына, қозғалтқыштың жүктемесін азайтуына және жұмыс істеу ұзақтығын ұзартуына мүмкіндік береді.

Өнімділікті арттыру: Металл материалдарынан асып түсетін жалпы артықшылықтар

Көміртек талшықтарынан жасалған материалдар алюминийден ғана емес, сондай-ақ дәстүрлі металл материалдардан да басым болып келеді.
Бұл материал роботтық қозғалыста туындайтын қайталамалы соққылар мен тербелістерге шыдамдылығы мен соққыны жұтудың ерекше қабілетін көрсетеді. Ұзақ уақыт жұмыс істеуі қажет адам тәрізді роботтар үшін бұл қасиет ең маңызды болып табылады.

Көміртегі талшықты композиттер жоғары дәлдіктегі құрылымдық икемділікті қамтамасыз етеді, бұл инженерлерге әртүрлі бөлшектердің кернеу жағдайына сәйкес талшықтардың бағытталуын, шайыр формуласын және қабаттасу әдістерін баптауға мүмкіндік береді, осылайша "дәлме-дәл өнімділікті баптау" мақсатына жетеді.

UBTECH-тің гуманоидты роботтық қолдары көміртегі талшықты композиттерді пайдаланады, бұл жалпы салмақты азайтуды ғана емес, сонымен қатар құрылымдық тұрақтылық пен қозғалыс дәлдігін арттырады. Бұл материал роботтардың күрделірек және нақтырақ тапсырмаларды орындауын мүмкіндігін береді.

Динамикалық өнімділік тұрғысынан алғанда, көміртегі талшықты композиттен жасалған бөлшектердің центрі төменірек және тербеліс аз болады. Бұл тікелей қозғалыстың тегістігі мен басқару дәлдігінің артуына әкеледі.

Қолдану сценарийі: Робот денесінің негізгі салмақ тасымалдаушы бөлшегі

Гуманоидты роботтарда көміртегі талшықты композиттер негізінен үш маңызды аймақта қолданылады, олардың әрқайсысының өзіндік өнімділік талаптары бар.

(1) Манипуляторлар мен қолдар — ең кең таралған қолдану компоненттері биік созылуға шыдай отырып, жоғары иілгіштікті сақтауы керек. Көміртегі талшықты композиттердің жоғары меншікті беріктігі мен жеңілдігі оларды осы мақсат үшін идеалды таңдауға айналдырады.

(2) Скелеттік құрылым роботтың негізгі рамасын құрайды. Бұл бөлім бүкіл дене салмағын көтеруге және әртүрлі қозғалыстар кезіндегі күрделі стресстерге шыдай отырып, ерекше қаттылық пен беріктікті талап етеді. Көміртегі талшықты композиттер қозғалыс кезінде соққы энергиясын жұтумен қоса, салмаққа қатысты өте жақсы қаттылық қатынасын ұсынады.

(3) Буын компоненттері антропоморфты робот қозғалысының негізгі нүктелерін құрайды. Бұл аймақтар жиі қайталанатын айналу мен жүктеме өзгерістеріне ұшырайды. Көміртегі талшықты композиттер ескірудің және шаршаудың өте жақсы қарсылығын көрсетеді, буын компоненттерінің жұмыс істеу мерзімін айтарлықтай ұзартады.

Технологиялық конвергенция: Көміртегі талшықтың синергиялық әсері

Көміртегі талшықты композиттер жиі ғана басқа жоғары өнімді материалдармен бірге қолданылады, осылайша синергиялық эффект туғызып, «1+12» артықшылығын қамтамасыз етеді.

Көміртегі талшықпен күшейтілген PEEK материалы осы принципке мысал бола алады. Бұл композит көміртегі талшықтың беріктігін PEEK-тің тозуға төзімділігі мен өзіндік майлану қасиеттерімен ұштастырады, сондықтан роботтардың буын доңғалақтары мен мойынтіректерін жасауға өте сәйкес келеді. Ол бөлшектердің тозуын азайтады және энергия тұтынуды, сонымен қатар дыбыс деңгейін төмендетеді.

Электрондық тері технологиясымен бірге қолданылғанда көміртегі талшықты композиттер негізгі қабат ретінде қызмет етіп, икемді сенсорларға тұрақты тірек қамтамасыз етеді. Бұл комбинация роботтарға жеңіл дене қана емес, сонымен қатар адам терісіне ұқсас сезгіштікті де береді.

Көміртегі талшықты композиттер магний және алюминий қорытпалары сияқты дәстүрлі метал материалдармен синергиялық түрде де қолданылуы мүмкін. Әртүрлі бөлшектердің кернеу сипаттамаларына негізделе отырып, ең тиімді материал комбинацияларын таңдау арқылы жалпы өнімділікті оптимизациялау жеткізіледі.

Өнеркәсіптік тізбекті орналастыру: Қытай кәсіпорындары үшін мүмкіндіктер мен шығындар

Қытай көміртегі талшықты композиттер саласында салыстырмалы түрде толық өнеркәсіптік тізбекті орналастыруды құрды.

Гуманоид робототехника өнеркәсібінің тез дамуына байланысты көміртегі талшықты композиттерге деген сұраныс тез өсуде. Қазіргі уақытта бұл материалдың қолданылуы әлі де жоғары құны мен өңдеу қиындықтары сияқты шығындарға тап болуда. Дегенмен, технологиялық жетістіктер мен үлкен көлемді өндіріске байланысты бұл мәселелер біртіндеп шешілетін болады.

Адам тәрізді роботтардың әрбір қозғалысы — жүру, секіру, көтеру, басқару — материалдардың өнімділігін сынға салудың соңғы шешуші тексеруі болып табылады. Көміртегі талшықты композиттер өзінің ерекше жеңілдік әсері мен жалпы өнімділіктің артықшылықтары арқасында жоғарғы санаттағы адам тәрізді роботтар үшін аулақ болуға болмайтын элементке айналып келеді.

Зертханалық зерттеулерден коммерциялық қолданысқа өту барысында адам тәрізді робототехника саласында көміртегі талшықты композиттердің таралу деңгейі тез арада өсе түсуде. Бұл даму роботтардың өнімділігінде секіріспен өсуін ғана емес, сонымен қатар Қытайдың материалдар өнеркәсібі үшін жаңа даму мүмкіндіктерін де туғызады.