Kokį vaidmenį atlieka anglies pluošto kompozitai už stulbinančio humanoidinių robotų populiarumo?

Tesla „Optimus“ juda mikliai, o UBTech „Walker“ ranka atlieka tikslius veiksmus. Už šių nuostabių pasiekimų slepiasi paslaptinga medžiaga, 30 % lengvesnė už aliuminį, kuri perbraukia roboto judėjimo ribas.

Tesla robotas Optimus atlieka pirmuosius apsiverčimus, Figure AI vertė viršija 39,5 mlrd. JAV dolerių, o Zongqing Robotics žmogaus pavidalo robotas gali vaikščioti 7,2 km/h greičiu tiesiomis keliais... Žmogaus pavidalo robotikos pramonė sparčiai artėja link sprogstamo augimo.

Goldman Sachs prognozuoja, kad žmogaus pavidalo robotų rinka iki 2035 m. gali pasiekti 154 mlrd. JAV dolerių. Tam pasiekti robotams reikia įveikti esminį apribojimą: pernelyg didelis savasis svoris smarkiai trukdo judrumui.

Lengvoji revoliucija: proveržis, pasiekiantis 30 % svorio mažinimą

Žmogaus pavidalo robotikos srityje svorio mažinimas nėra tik „numetimas svorio“ klausimas, bet yra pagrindinis technologinis proveržis, būtinas našumui gerinti.

Klasiškai naudojami metaliniai medžiagų, nors ir turi pakankamai stiprumo, dėl didelės tankio yra netinkamos atitikti skubų reikalavimą robotams būti lengvesniems. Pavyzdžiui, aliuminio lydinys, kurio tankis 2,63–2,85 g/cm³, yra maždaug trečdalis lengvesnis už plieną. Tačiau žmogaus pavidalo robotams, siekiantiems išskirtinių judėjimo galimybių, to vis dar nepakanka.

Anglies pluoštu sustiprintas polimeras (APSP) radikaliai pakeitė šią situaciją. Ši kompozitinė medžiaga, kurioje dėklas yra su anglimi sustiprinta dervos matrica, turi tik 1,5–2,0 g/cm³ tankį. Ji yra apie 30 % lengvesnė už aliuminio lydinius, tuo pačiu pasižymėdama aukštesniu savituoju stiprumu ir savituoju standumu.

Vidinių institucijų tyrimai rodo, kad iš anglies pluošto kompozitų pagaminti robotų rankos pasveria 30 % mažiau nei jų lydinio aliuminio atitikmenys. Tai leidžia robotams lengviau kelti rankas, atlikti tikslesnius judesius, sumažinti variklių apkrovą ir pailginti veikimo trukmę.

Našumo gerinimas: Visapusiški pranašumai, pranokstantys metalinius medžiagų

Anglies pluošto kompozitai yra ne tik lengvesni už aliuminį, bet taip pat turi įvairių visapusiškų pranašumų prieš tradicines metalines medžiagas.
Ši medžiaga pasižymi puikia nuovargio atsparumu ir smūgiams sugeriančiomis savybėmis, geba išlaikyti pakartotinius smūgius bei vibracijas, būdingas robotų judesiui. Žmogaus pavidalo robotams, reikalaujantiems ilgalaikio veikimo, ši savybė yra itin svarbi.

Anglies pluošto kompozitai siūlo didelį dizaino lankstumą, leidžiant inžinieriams pritaikyti pluošto orientaciją, dervos formulę ir sluoksniavimo metodus atsižvelgiant į įvairių detalių apkrovas, pasiekiant „tikslią našumo individualizaciją“.

UBTECH žmogaus pavidalo robotų rankos naudoja anglių pluošto kompozitus, ne tik sumažindamos bendrą svorį, bet ir padidindamos konstrukcinę stabilumą bei judėjimo tikslumą. Ši medžiaga leidžia robotams atlikti sudėtingesnes ir tikslesnes užduotis.

Kalbant apie dinaminį našumą, iš anglių pluošto kompozitų pagamintos detalės turi žemesnį masės centrą ir mažesnį virpėjimą. Tai tiesiogiai lemia sklandesnį judėjimą ir didesnį valdymo tikslumą.

Taikymo scenarijus: roboto kūno pagrindinė guolinė dalis

Žmogaus pavidalo robotuose anglių pluošto kompozitai yra naudojami trimis pagrindinėmis sritimis, kurių kiekviena turi skirtingus našumo reikalavimus.

(1) Manipuliatoriai ir rankos yra dažniausiai pasitaikantis pROGRAMA šios dalys turi atlaikyti didelę apkrovą, išlaikydamos aukštą lankstumą. Dėl savo didelio specifinio stiprumo ir lengvo svorio anglies pluošto kompozitai yra idealus pasirinkimas šiam tikslui.

(2) Karkasinė konstrukcija sudaro roboto atraminį rėmą. Ši dalis reikalauja išskirtinės standumo ir stiprumo, kad galėtų atlaikyti visą kūno svorį bei sudėtingus įtempimus, atsirandančius dėl įvairių judesių. Anglies pluošto kompozitai užtikrina puikų standumo ir svorio santykį, taip pat sugeria smūgio energiją judėjimo metu.

(3) Sąnarių komponentai sudaro žmogaus pavidalo robotų judėjimo mazgus. Šios sritys patiria dažnus posūkius ir kintamą apkrovą. Anglies pluošto kompozitai pasižymi puikiu atsparumu dilimui ir nuovargiui, žymiai pailgindami sąnarių komponentų tarnavimo laiką.

Technologijų konvergencija: anglies pluošto sinerginis poveikis

Anglies pluošto kompozitai retai naudojami izoliuotai; dažniausiai jie derinami su kitomis aukštosios našumo medžiagomis, kad būtų pasiektas sinerginis poveikis ir „1+12“ pranašumas.

Anglies pluoštu stiprinta PEEK medžiaga puikiai iliustruoja šį principą. Šis kompozitas sujungia anglies pluošto stiprumą su PEEK atsparumu dėvėjimuisi ir savaime tepamaisiais savybėmis, todėl ypač tinka roboto sąnarių pavarų ir guolių gamybai. Tai sumažina detalių dėvėjimąsi, taip pat mažina energijos suvartojimą ir triukšmo lygį.

Kai integruojamas su elektroninės odos technologija, anglies pluošto kompozitai veikia kaip pagrindo sluoksnis, užtikrinantis stabilų lankstaus jutiklių palaikymą. Toks derinys leidžia robotams turėti tiek lengvą kūną, tiek žmogui būdingą odos jautrumą.

Anglies pluošto kompozitai taip pat gali būti sinergiškai naudojami kartu su tradicinėmis metalinėmis medžiagomis, tokios kaip magnio ir aliuminio lydiniai. Parinkus tinkamiausias medžiagų kombinacijas pagal skirtingų detalių apkrovos charakteristikas, pasiekiamas bendras našumas.

Pramonės grandinės išdėstymas: galimybės ir iššūkiai kinų įmonėms

Kinija anglių pluošto kompozitų srityje jau sukūrė santykinai išsamią pramonės grandinės struktūrą.

Plėtojantis humanoidinių robotų pramonei, auga paklausa dėl anglių pluošto kompozitų. Šiuo metu šios medžiagos taikymas susiduria su iššūkiais, tokiais kaip aukštos kainos ir apdirbimo sunkumai. Tačiau technologijų pažangos ir masinės gamybos mastais tikimasi, kad šios problemos palaipsniui bus išspręstos.

Vaikščiojimas, šuoliavimas, kėlimas, manipuliavimas – kiekvienas žmogaus pavidalo roboto judesys reiškia galutinį medžiagų našumo išbandymą. Anglies pluošto kompozitai, pasižymintys išskirtiniu lengvumo efektu ir visapusiškais našumo pranašumais, tampa nepakeičiami aukštos kokybės žmogaus pavidalo robotams.

Perėjus nuo laboratorinių tyrimų prie komercinių taikymų, angliarangio kompozitų skverbimosi į žmogaus pavidalo robotikos sritį greitis sparčiai didėja. Ši tendencija ne tik skatins šuolinį robotų našumo augimą, bet taip pat atvers naujas vystymosi galimybes Kinijos medžiagų pramonei.