Apakah Peranan Komposit Serat Karbon dalam Populariti Meningkat Robot Humanoid?

Optimus dari Tesla bergerak dengan cekatan, manakala lengan Walker dari UBTech melakukan operasi yang halus. Di sebalik kejayaan menakjubkan ini, satu bahan misteri yang 30% lebih ringan daripada aluminium sedang mentakrifkan semula had pergerakan robotik.

Robot Optimus dari Tesla melakukan lentangan depan, nilai pasaran Figure AI melebihi $39.5 bilion, dan robot humanoid Zongqing Robotics boleh berjalan pada kelajuan 7.2 kilometer per jam dengan lutut lurus... Industri robot humanoid sedang mempercepatkan pertumbuhan eksplositif.

Goldman Sachs meramalkan pasaran robot humanoid boleh mencapai $154 bilion menjelang tahun 2035. Untuk mencapai sasaran ini, robot mesti mengatasi kekangan asas: berat sendiri yang berlebihan sangat menghambat prestasi mobiliti.

Revolusi Ringan: Kemajuan Melonjak dengan Pengurangan Berat Sebanyak 30%

Dalam bidang robot humanoid, pengurangan berat bukan sekadar soal 'mengecilkan badan', tetapi merupakan terobosan teknologi utama yang penting untuk peningkatan prestasi.

Walaupun bahan logam tradisional mempunyai kekuatan yang mencukupi, ketumpatan tinggi mereka menjadikannya tidak sesuai untuk memenuhi permintaan segera bagi penjimatan berat dalam robot. Ambil aloi aluminium sebagai contoh: dengan ketumpatan 2.63–2.85 g/cm³, ia kira-kira dua pertiga lebih ringan daripada keluli. Namun bagi robot humanoid yang mengejar keupayaan pergerakan maksimum, ini masih belum mencukupi.

Kemunculan polimer diperkukuhkan gentian karbon (CFRP) telah mengubah landskap ini. Bahan komposit ini, yang mempunyai matriks resin yang diperkukuhkan dengan gentian karbon, mempunyai ketumpatan hanya 1.5–2.0 g/cm³. Ia kira-kira 30% lebih ringan daripada aloi aluminium sambil menunjukkan kekuatan tentu dan modulus tentu yang lebih unggul.

Penyelidikan daripada institusi tempatan menunjukkan bahawa lengan robot yang dibina daripada komposit gentian karbon mencapai pengurangan sebanyak 30% dalam jisim keseluruhan berbanding rakan sepadan aloi aluminium. Ini membolehkan robot mengangkat lengan dengan lebih mudah, melakukan pergerakan yang lebih halus, mengurangkan beban motor, dan memperpanjang ketahanan operasi.

Peningkatan Prestasi: Kelebihan Menyeluruh Melebihi Bahan Logam

Komposit gentian karbon tidak sahaja lebih ringan daripada aluminium tetapi juga menawarkan pelbagai kelebihan menyeluruh berbanding bahan logam tradisional.
Bahan ini menunjukkan rintangan fatik dan penyerapan hentakan yang luar biasa, mampu menahan impak berulang dan getaran yang melekat dalam pergerakan robot. Bagi robot humanoid yang memerlukan operasi berpanjangan, ciri ini adalah sangat penting.

Komposit gentian karbon menawarkan fleksibiliti rekabentuk yang tinggi, membolehkan jurutera menyesuaikan orientasi gentian, formulasi resin, dan kaedah pelapisan mengikut keadaan tekanan komponen yang berbeza, mencapai "penyesuaian prestasi tepat".

Lengan robot humanoid UBTECH menggunakan komposit gentian karbon, bukan sahaja mengurangkan berat keseluruhan tetapi juga meningkatkan kestabilan struktur dan ketepatan pergerakan. Bahan ini membolehkan robot melakukan tugas yang lebih kompleks dan rumit.

Dari segi prestasi dinamik, komponen yang diperbuat daripada komposit gentian karbon mempunyai pusat graviti yang lebih rendah dan getaran yang dikurangkan. Ini secara langsung membawa kepada pelaksanaan pergerakan yang lebih lancar dan ketepatan kawalan yang lebih tinggi.

Senario aplikasi: Komponen penanggung beban utama pada badan robot

Pada robot humanoid, komposit gentian karbon terutamanya digunakan dalam tiga kawasan kritikal, setiap satunya mempunyai keperluan prestasi yang berbeza.

(1) Manipulator dan lengan merupakan yang paling biasa pERMOHONAN komponen ini mesti menahan beban yang besar sambil mengekalkan fleksibiliti tinggi. Kekuatan khusus yang tinggi dan sifat ringan komposit gentian karbon menjadikannya pilihan ideal untuk tujuan ini.

(2) Struktur kerangka membentuk rangka penyokong robot. Bahagian ini memerlukan kekakuan dan kekuatan luar biasa untuk menanggung keseluruhan berat badan serta menahan tekanan kompleks daripada pelbagai pergerakan. Komposit gentian karbon memberikan nisbah kekakuan terhadap berat yang cemerlang sambil menyerap tenaga hentaman semasa pergerakan.

(3) Komponen sendi membentuk titik utama bagi pergerakan robot humanoid. Kawasan ini mengalami putaran kerap dan variasi beban. Komposit gentian karbon menunjukkan rintangan haus dan rintangan lesu yang sangat baik, secara ketara memperpanjangkan jangka hayat perkhidmatan komponen sendi.

Pertindihan Teknologi: Kesan Sinergi Gentian Karbon

Komposit gentian karbon jarang digunakan secara berasingan; lebih kerap, ia digabungkan dengan bahan prestasi tinggi lain untuk menghasilkan kesan sinergi, memberikan kelebihan "1+12".

Bahan PEEK diperkukuhkan gentian karbon adalah contoh prinsip ini. Komposit ini menggabungkan kekuatan gentian karbon dengan rintangan haus dan sifat pelinciran sendiri PEEK, menjadikannya sangat sesuai untuk pengeluaran gear dan galas sendi robotik. Ia mengurangkan kehausan komponen serta menurunkan penggunaan tenaga dan tahap bunyi bising.

Apabila digabungkan dengan teknologi kulit elektronik, komposit gentian karbon berfungsi sebagai lapisan substrat, menyediakan sokongan stabil kepada sensor fleksibel. Gabungan ini membolehkan robot memiliki badan yang ringan serta kepekaan kulit seperti manusia.

Komposit gentian karbon juga boleh digunakan secara sinergi dengan bahan logam tradisional seperti aloi magnesium dan aluminium. Dengan memilih kombinasi bahan yang paling sesuai berdasarkan ciri tekanan komponen yang berbeza, pengoptimuman prestasi keseluruhan dapat dicapai.

Susunan Rantai Industri: Peluang dan Cabaran bagi Perusahaan China

China telah menubuhkan susunan rantai industri yang agak komprehensif dalam bidang komposit gentian karbon.

Dengan perkembangan pesat industri robot humanoid, permintaan terhadap komposit gentian karbon meningkat dengan cepat. Pada masa ini, aplikasi bahan ini masih menghadapi cabaran seperti kos tinggi dan kesukaran pemprosesan. Namun begitu, dengan kemajuan teknologi dan pengeluaran berskala besar, isu-isu ini dijangka akan diselesaikan secara beransur-ansur.

Berjalan, melompat, mengangkat, memanipulasi—setiap pergerakan robot humanoid mewakili ujian utama terhadap prestasi bahan. Komposit gentian karbon, dengan kesan penjimatan berat yang luar biasa dan kelebihan prestasi menyeluruh, kini menjadi tidak dapat dipisahkan bagi robot humanoid berkualiti tinggi.

Berpindah daripada penyelidikan makmal kepada aplikasi komersial, kadar serapan komposit gentian karbon dalam sektor robot humanoid semakin meningkat pesat. Trend ini bukan sahaja akan mendorong lonjakan dalam prestasi robotik, malah turut membuka peluang pembangunan baharu kepada industri bahan di China.