SunSirs: PEEK'ten TPE'ye: En İyi 9 Yeni Kimyasal Malzeme İnsansı Robotların Geleceğini Nasıl Şekillendiriyor?

Yapay zeka teknolojisinin hızlı ilerlemesiyle birlikte, insansı robotlar laboratuvar kavramlarından ticarileştirme gerçeklerine geçiyor. 1967'de Tokyo'nun Waseda Üniversitesi'nde geliştirilen ilk tam boyutlu insansı robot WABOT-1'den Tesla'nın Optimus ve Boston Dynamics'in Atlas gibi gelişmiş modellere kadar, insansı robotlar performans, esneklik ve zeka alanlarında önemli adımlar attılar. 2030 yılına kadar küresel insanoid robot pazarının trilyon dolarlık işaretini aştığı ve gelişmekte olan bu endüstri patlayıcı bir büyüme altın dönemi yaşaması bekleniyor.

İnsanik robotların geliştirme sürecinde, malzeme teknolojisinin inovasyonu, onu tanıtmada çok önemli bir rol oynadı. Geleneksel metal malzemeler, ağır ağırlık, yüksek enerji tüketimi ve zayıf hareket esnekliği gibi içsel kusurları nedeniyle, insanik robotların pratikliğini ve popülerleşmesini ciddi şekilde kısıtladı. Yeni yüksek moleküler malzemelerin ve kompozit malzemelerin ortaya çıkması, bu sorunları çözmek için yeni yollar ve çözümler sağladı ve insansı robotların teknolojik atılımının temel itici gücü haline geldi.

Araştırma verileri, metal parçaların yüksek performanslı polimerlerle değiştirilmesinin robotların ağırlığını %30'dan fazla azaltabileceğini, hareket hızını %15-%30 artırabileceğini ve enerji tüketimini %18-%25 düşürebileceğini göstermektedir. Bu önemli performans iyileştirmeleri, insansı robotların gerçek uygulamalarda daha verimli, esnek ve enerji tasarruflu olmalarını sağlayarak; endüstriyel üretim, sosyal hizmetler, sağlık hizmetleri, aile refakati ve diğer alanlarda yaygın kullanımı için sağlam bir temel oluşturmaktadır.

Bu makale, insanoid robotlar alanında önemli bir rol oynayan dokuz yeni kimyasal malzemeyi inceleyecek, benzersiz özelliklerini, uygulama senaryolarını ve insanoid robot endüstrisinin gelişiminde sahip oldukları önemli etkisini analiz edecek. Bu malzemelerin incelenmesiyle, yeni kimyasal malzemelerin inovasyonunun sadece insansı robotların teknolojik ilerlemesi için önemli bir itici güç olmadığını, aynı zamanda insansı robot endüstrisinin gelecekteki gelişimine geniş bir alan açacağını açıkça görebiliriz.

Yapısal bileşenlerin "süper alt ": PEEK ve PPS

İnsan robotlarının yapısal tasarımında, insan vücudunun eklemleri ve kemikleri gibi eklem rulmanları ve bağlantı bileşenleri, hareketi desteklemede ve iletmede çok önemli bir rol oynar ve malzemelerden sıkı performans gereksinimleri talep eder. PEEK malzemeleri, olağanüstü kapsamlı özellikleri ile, bu alanda ideal seçim haline gelmiştir.

PEEK, mükemmel mekanik mukavemete sahip yüksek performanslı bir termoplastik polimerdir ve 90 MPa'nın üzerinde bir çekme dayanımına sahiptir, bu da onun önemli dış kuvvetler altında yapısal stabilitesini korumasını sağlar. Bu, robotun eklemlerinin ve bağlantılarının çeşitli karmaşık hareketleri gerçekleştirirken deforme olmamasını veya hasar görmemesini sağlar. Ayrıca, PEEK son derece yüksek ısı direncine sahiptir ve 260°C'ye kadar uzun süreli kullanım sıcaklığına sahiptir, bu da yüksek sıcaklık ortamlarında bile performansının önemli ölçüde etkilenmemesini garanti eder. Bu, özellikle belirli koşullar altında çalışması gereken bazı insansı robotlar için oldukça önemlidir. Ayrıca, PEEK aynı zamanda iyi kimyasal korozyon direncine ve kendi kendine yağlama özelliğine sahiptir, bu da bileşenler arasındaki sürtünme ve aşınmayı etkili bir şekilde azaltarak kullanım ömrünü uzatır ve bakım maliyetlerini düşürür.

Tesla ' nın Optimus Gen2 insanoid robotu, tasarımında PEEK malzemesini kapsamlı bir şekilde kullanıyor ve yürüyüş hızını% 30 oranında artırırken 10 kilogramlık ağırlık azaltmayı başarıyla başarıyor. Bu önemli performans gelişimi, PEEK malzemesinin insansı robotların yapısal performansını optimize etmede muazzam potansiyelini tam olarak göstermektedir. Eklem rulmanları ve bağlantı bileşenleri üretmek için PEEK malzemesini kullanarak, Optimus Gen2 sadece kendi ağırlığını azaltmak ve enerji tüketimini azaltmakla kalmaz, aynı zamanda hareketlerinin esnekliğini ve verimliliğini arttırarak pratik uygulamalarda çeşitli görevleri daha çevik bir şekilde yerine getirmesini sağlar.

PEEK malzemelerini tamamlayan polifenilen sülfür (PPS), insanoid robotların iletim bileşenlerinde vazgeçilmez bir rol oynamaktadır. PPS, değişen sıcaklık ve nem koşulları altında minimum boyut değişiklikleri ile mükemmel boyutsal istikrar sergilerek, dişlilerin, rulmanların ve diğer şanzıman bileşenlerinin uzun süreli çalışmaları boyunca hassas bir montaj ve doğruluğu korumasını ve robot hareketlerinin pürüzsüzlüğünü ve hassasiyetini garantilemesini sağlar. Buna ek olarak, PPS, çok çeşitli kimyasal maddelere karşı mükemmel bir kimyasal direnciye sahiptir, zorlu çalışma ortamlarında bile iyi bir performansı korur ve robotların güvenilir çalışması için güçlü bir garanti sunar.

Suzhou Nappan, robot eklem bileşeni projesinde kullanılan tanınmış bir robot üreticisi için PPS malzemeleri sağladı. Deneysel veriler, PPS rulmanları ile robot ekleminin enerji kaybının% 25 oranında azaltıldığını ve hizmet ömrünün büyük ölçüde uzatıldığını göstermektedir. Bu durum, PPS malzemelerinin robot şanzıman sisteminin verimliliğini ve güvenilirliğini geliştirmede önemli avantajlarını tam olarak kanıtlamaktadır. Pratik uygulamalarda, PPS malzemelerinin kullanımı, robotun eklem hareketini daha yumuşak hale getirir, enerji iletimi daha verimli hale getirir ve enerji kaybı ve bileşen aşınması nedeniyle meydana gelen arızaların sıklığını azaltır, robotun genel çalışma istikrarını ve çalışma ömrünü geliştirir.

Yapısal malzemeler alanında, eşsiz performans avantajları ile PEEK ve PPS, insanoid robotların hafif ve yüksek performanslı gerçekleştirilmesi için anahtar malzemeler haline gelmiştir. Uygulamaları sadece robotların hareket performansını ve çalışma verimliliğini artırmakla kalmaz, aynı zamanda karmaşık ortamlarda robotların istikrarlı çalışması için sağlam bir garanti sağlar ve insansı robot teknolojisinin gelişimini daha yüksek bir seviyeye çıkarır.

Hareket sisteminin "güç santrali ": CFRP ve UHMW-PE lifleri

İnsanik robotların hareket sisteminde, robotik kol ve bacak yapıları verimli ve esnek hareket elde etmek için yüksek dayanıklılık ve hafif özellikler gerektirir. Karbon fiber takviye polimerler (CFRPs), robotların hareket performansını arttırmada önemli bir rol oynayan mükemmel kuvvet ağırlık oranı nedeniyle bu alanda tercih edilen malzeme haline gelmiştir.

CFRP, karbon liflerinden ve bir reçine matrisinden oluşur ve düşük yoğunluk ve yüksek gerilim gücü önemli özelliklerine sahiptir. Yoğunluğu sadece çelik yaklaşık 1/3'tür, ancak 3500 MPa'nın üzerinde bir gerilim gücü elde edebilir. Bu mükemmel kuvvet-ağırlık oranı, CFPR'nin kendi ağırlığını önemli ölçüde azaltmasına izin verirken, mekanik kolların ve bacak yapılarının yeterli kuvvet ve sertliğe sahip olmasını sağlar. Geleneksel metal malzemelerle karşılaştırıldığında, mekanik kol ve bacak yapılarının imalatında CFPR'nin kullanımı, robotların toplam enerji tüketimini etkili bir şekilde azaltarak% 30-60'lık bir ağırlık azaltma sağlayabilir ve enerji kullanımının verimliliğini artırabilir.

Boston Dynamics ' in Atlas robotu, CFRP malzemeden yapılmış bacak yapısıyla tasarımında CFRP ' nin avantajlarından tam olarak yararlanarak zor atlama hareketlerini başarıyla gerçekleştirmektedir. CFRP malzemesinin hafif özellikleri nedeniyle, Atlas robotu hareket sırasında bacaklarını daha çevik bir şekilde hareket ettirebilir, atalet etkisini azaltır ve böylece daha esnek ve verimli hareket performansı elde edebilir. Buna ek olarak, CFRP ayrıca sık hareket sırasında robot tarafından üretilen alternatif gerilmelere dayanabilen, bacak yapısının uzun vadeli güvenilirliğini ve istikrarını sağlayan iyi bir yorgunluk direncine sahiptir.

CFRP ' ye ek olarak, ultra yüksek moleküler ağırlıklı polietilen (UHMW-PE) lifleri, insan robotlarında becerikli eller için tendonların uygulanmasında benzersiz avantajlar göstermiştir. UHMW-PE lifleri, çelikten 7-10 kat fazla olan ultra yüksek dayanıklılığa sahiptirken, aynı zamanda çelikten sadece yaklaşık 1/8 yoğunluğuna sahip olağanüstü hafif bir ağırlığa sahiptir. Yüksek dayanıklılık ve hafiflik kombinasyonu, UHMW-PE liflerini becerikli ellerde tendonlar için ideal bir malzeme yapar ve doğrudan kavrama hassasiyetini, istikrarını ve esnekliğini etkiler.

Pratik uygulamalarda, Nanshan Zhishang UHMW-PE fiber çoklu robotik el sistemlerine başarılı bir şekilde uygulanmıştır. UHMW-PE lifinin yüksek gücü nedeniyle, becerikli el nesneleri kavrarken daha fazla gerilim kuvvetlerine dayanabilir, kavrama sürecinin istikrarını sağlayabilir ve nesnelerin düşmesini önleyebilir. Aynı zamanda, hafif özellikleri hareket sırasında tendonları daha esnek hale getirir ve kontrol komutlarına hızlı bir şekilde yanıt vermelerini ve hassas kavram eylemlerini gerçekleştirmelerini sağlar. Buna ek olarak, UHMW-PE elyafı ayrıca karmaşık bir çalışma ortamında iyi bir performansı koruyan mükemmel aşınma direnci ve korozyon direnciye sahiptir, becerikli el tendonlarının hizmet ömrünü uzatabilir ve bakım maliyetlerini azaltır.

İnsanik robotların hareket sisteminde, CFRP ve UHMW-PE lifleri sırasıyla robotik kol ve bacak yapılarında ve becerikli el tendonlarında değiştirilemez roller oynar. Uygulamaları, robotların hareket performansını önemli ölçüde artırır, çeşitli karmaşık görevlerde daha yüksek verimlilik ve esneklik sergilemelerini sağlar ve endüstriyel üretim, lojistik taşıma, kurtarma operasyonları ve diğer alanlarda insan robotlarının yaygın uygulamalarına güçlü destek sağlar.

Elektronik ve algılama sistemlerinin "nöral uçları": LCP, PDMS ve PI ince filmler

İnsan robotlarının elektronik ve algılama sistemlerinde, sıvı kristal polimerler (LCP), mükemmel dielektrik özellikleri ve boyutsal stabilite nedeniyle yüksek frekanslı sinyal konektörleri gibi hassas elektronik bileşenler için anahtar malzemeler haline gelmiştir ve insan robotlarında sinyal iletimi ve elektronik kontrol için güvenilir destek sağlar.

LCP, yüksek frekanslı sinyal iletim alanında benzersiz avantajlara sahip sıvı kristal durumuna sahip yüksek performanslı bir polimer malzemedir. Düşük ve istikrarlı dielektrik sabiti, yüksek frekanslı bir ortamda iletim sırasında sinyal kaybını ve bozukluğunu etkili bir şekilde azaltabilir ve sinyallerin hızlı ve doğru iletimini sağlayabilir. Bu özellik, insanoid robotlar için çok önemlidir, çünkü operasyon sırasında çok miktarda sensör verisini ve kontrol sinyalleri gerçek zamanlı olarak işlemelidirler. Istikrarlı ve yüksek hızlı sinyal iletimleri, robotların görevleri hızlı ve doğru bir şekilde yerine getirebilmelerini sağlamanın temelidir.

Örneğin, Yutree Technology ' in Unitree H1 insansı robotu, yüksek frekanslı sinyal konektörleri gibi hassas elektronik bileşenler için tasarımında LCP malzemeleri kullanıyor. Gerçek çalışmada, LCP malzemeleri, çeşitli elektronik sinyallerin yüksek hassasiyetli, yüksek frekanslı karmaşık bir ortamda istikrarlı ve hızlı bir şekilde iletilmesini sağlar ve robotun eklemlerinin ve sensörlerinin bilgiyi zamanında almasına ve geri bildirim vermesine izin verir, böylece robotun hassas kontrolü ve verimli çalışmasını sağlar.

Aynı zamanda, LCP mükemmel boyutsal stabiliteye sahiptir ve farklı sıcaklık ve nem koşullarında minimum boyutsal değişiklikler gösterir. Bu özellik, hassas elektronik bileşenlerin uzun vadeli kullanımı boyunca kesin montaj doğruluğunu korumasını sağlayarak, boyutsal değişikliklerden kaynaklanan sinyal iletim hatalarını önler ve elektronik sistemlerin güvenilirliğini ve kararlılığını artırır.

Humanoid robotların algı alanında, polidimethylsiloxane (PDMS) ve poliimid (PI) filmler elektronik cildin temel malzemelerini oluşturur ve robotlara keskin çevresel algı yetenekleri kazandırır ve çevrelerindeki değişiklikleri insanlar gibi algılamalarını sağlar.

PDMS, mükemmel esnekliğe sahip şeffaf, yumuşak ve biyo-uyumlu silikon lastik malzemesidir, >% 100 gerilim uzatma ve insan cildinin yumuşak dokunuşunu iyi simüle edebilir. Yüzey değiştirme özellikleri sensörlerle entegrasyonu kolaylaştırır ve robotun sıcaklık ve basınç gibi fiziksel miktarları algılamasına izin verir. PDMS tabanlı Hanwei Teknoloji tarafından geliştirilen esnek sensör, 0.1kPa yüksek hassasiyetli bir algılama elde etti ve dış dünyadan gelen ince basınç değişimlerini tam olarak algılayabilir. Robot bir görevi gerçekleştirirken, bu yüksek hassasiyetli sensör aracılığıyla nesneye temas ederken basınç boyutunu ve dağılımını algılayabilir, böylece nesneye zarar vermeden kaçınmak için daha doğru ve nazik kavramak hareketleri elde edebilir.

Öte yandan, PI filmi yüksek sıcaklık direnci, yüksek mekanik mukavemet, esneklik, yalıtım ve kimyasal stabilite sergiler. Elektronik deride, PI filmi bir substrat malzemesi olarak görev yapar ve sensörler için kararlı bir destek yapısı sağlar. Mükemmel esnekliği sayesinde elektronik deri, robotların yüzeyine yapışabilir ve robotun hareketleriyle bükülüp deforme olabilir, sensörlerin performansını etkilemeden. Japonya'nın XELA Robotics şirketinin uSkin ürünü, çok modlu çevresel algılama elde etmek için PI filmi kullanır; çeşitli türde sensörleri entegre ederek robotların sıcaklık, nem, dokunma ve diğer çevresel bilgileri algılamasını sağlar ve böylece karmaşık ortamlarda daha akıllıca tepki verebilmelerine olanak tanır.

İnsan robotlarının elektronik ve algılama sistemlerinde, LCP, PDMS ve PI filmleri sırasıyla sinyal iletiminde ve çevresel algıda çok önemli bir rol oynamaktadır. Uygulamaları, robotların elektronik kontrol doğruluğunu ve çevresel algı yeteneğini önemli ölçüde arttırarak, harici bilgileri daha doğru algılamalarını, hızlı ve makul kararlar almalarını ve akıllı etkileşim ve hizmet robotları alanlarında insansı robotların gelişimini teşvik etmek için önemli destek sağlamalarını sağlar.

Kasa ve biyonik deri "esnek kaplama": PA, PC-ABS ve TPE

İnsan robotlarının tasarımında, konut malzemesi sadece iç hassasiyetli elektronik bileşenleri ve mekanik yapıları korumak için iyi bir işleme performansı ve mekanik dayanıklılığa sahip olmakla kalmaz, aynı zamanda insanlarla etkileşim kurarken güvenlik ve konforu da dikkate almalıdır. Genellikle naylon olarak bilinen poliamid (PA), eşsiz performans avantajları nedeniyle insanoid robot kabuklarının imalatında yaygın olarak kullanılmıştır.

PA, mükemmel mekanik özelliklere sahip, yüksek gerilim gücü ve belirli bir derecede dış etkiye dayanabilme yeteneğine sahip, robotun iç bileşenleri için güvenilir koruma sağlayan termoplastik bir plastiktir. Aynı zamanda, PA iyi aşınma direncine sahiptir, kabuk yüzeyinin aşınma ve çiziklerden kolayca zarar görmemesini sağlar, sık kullanım ve dış nesnelerle temas sırasında bile robotun görünümünün bütünlüğünü korur.

Buna ek olarak, PA aynı zamanda yaygın kimyasalların korozyonuna direnebilen ve farklı çalışma ortamlarına uyum sağlayabilen iyi kimyasal stabilize sahiptir.Örneğin, Norveçli 1X Technologies şirketinin ev robotları Neo Gamma, kabukları için dokuma naylon malzemesi kullanıyor. Bu malzeme sadece PA malzemelerinin yukarıdaki avantajlarına sahip değil, aynı zamanda robotun güvenliğini arttırır. Dokuma yapısı, dış kuvvet etkilerine maruz kaldığında kabukun enerjiyi dağıtmasına izin verir ve iç yapıya hasarı azaltır. Aynı zamanda, naylon kabuğu samimi bir görünüm verir ve ev ortamında insanlarla yaşamak ve etkileşim kurmak için daha uygun hale getirir.

Tamamlayıcı PA malzemeleri, insanoid robot kabuklarının üretilmesinde de önemli bir pozisyonda bulunan PC-ABS mühendislik plastiklerdir. PC-ABS, polikarbonat (PC) ve akrilonitrildan oluşan bir alaşım malzemesidir.† adien-stiren (ABS), yüksek mekanik gücü, PC ' nin ısı direncini ve işleme kolaylığını birleştirerek, ABS ' nin darbe direncini. Bu malzeme özellikle ince duvarlı, karmaşık robot yapılarının imalatı için uygundur ve insanoid robot kabuklarının çeşitlendirilmiş tasarım gereksinimlerini karşılar.

SoftBank ' in NAO robotu, kabuk için ana malzeme olarak PC-ABS mühendislik plastik kullanıyor. PC-ABS malzemelerinin işlenmesinin kolaylığı, NAO robotunun karmaşık dış tasarımına ulaşmasına izin verirken, yüksek mekanik gücü ve darbe direnci, robotun kolayca hasar görmeden belirli çarpışmalara ve günlük kullanımda düşmesine dayanabileceğini sağlar. Buna ek olarak, PC-ABS malzemeleri, enjeksiyon kalıplama, üretim maliyetlerini azaltma ve üretim verimliliğini artırma gibi işleme teknolojileri yoluyla yüksek hassasiyetli kabuk parçalarını verimli bir şekilde üretebilecek mükemmel kalıplama özelliklerine sahiptir.

Biyonik deri ve eklem yastık parçaları alanında, termoplastik elastomerler (TPE), robot esnekliği ve doğal hareket elde etmek için kilit bir malzeme haline gelen benzersiz avantajlar göstermiştir. TPE, kauçuk elastikliğini ve plastikin işlenebilirliğini yumuşaklık, aşınma direnci ve darbe direnci gibi özelliklerle birleştirir. Biyonik cildin uygulanmasında, TPE insan cildinin dokunuşunu ve görünümünü simüle edebilir ve robotun insanlarla temas halinde daha doğal ve konforlu hale getirebilir.İyi yalıtım ve hafif özellikleri sadece robotun güvenli çalışmasını sağlamakla kalmaz, aynı zamanda robotun genel ağırlığını azaltır.

Aynı zamanda, TPE, robotlara dokunurken insanların daha gerçekçi bir dokunuş hissetmesini sağlayan benzersiz bir yumuşak ve zıplayıcı et hissi ve sıcaklığa duyarlı özelliklere sahiptir. Eklem tampon parçalarında, TPE 'nin elastikliği ve deforme edilebilirliği yastıklama ve şok emiliminde iyi bir rol oynayabilir. Robotun eklemleri hareket ettiğinde, TPE malzemesi eklemler arasındaki sürtünmeyi ve aşınmayı azaltabilir, mekanik gürültüyü azaltabilir ve eklemlerin hizmet ömrünü uzatabilir. Dahası, TPE ' nin varlığı, robotun hareketlerini daha esnek, doğal ve pürüzsüz hale getirir ve insan hareket modellerine daha yakın hale getirir.

TPE, maliyet kısıtlamaları nedeniyle robotik dış deri uygulamalarında şu anda sınırlı olsa da, teknoloji ilerlemeye devam ettikçe ve maliyetler düştüğü için yaygın kullanım potansiyeli çok büyüktür.Örneğin, gelecekteki Atlas robotunun esnek eklemlerinde TPE malzemeleri kullanması ve hareket performansını ve insan-robot etkileşimi deneyimini daha da geliştirmesi bekleniyor.

İnsansı robot kabukları ve biyonik deriler alanında, PA, PC-ABS ve TPE malzemelerinin her biri benzersiz bir rol oynar. Uygulamaları sadece robotların görünüm tasarımının güvenliğini, konforunu ve çeşitliliğini arttırmakla kalmaz, aynı zamanda daha doğal ve esnek hareketleri ve insan-makine etkileşimlerini elde etmek için insanoid robotlara önemli destek sağlar, aile hizmetleri ve tıbbi bakım gibi yakından ilgili alanlarda insanoid robotların uygulama ve geliştirilmesini teşvik eder.

SunSirs, yaklaşık 20 yıldır 200 'den fazla ürün için fiyat verilerini sürekli olarak takip ediyor, lütfen irtibata geçinsupport@sunsirs.comAbonelik için.