الروبوتات البشرية تم تصميمها لأداء معظم الإجراءات بطريقة تشبه الإنسان، وهو ما يتطلب درجة عالية من المرونة ولتحقيق هذه المرونة، يجب فرض رقابة صارمة على حركة الروبوت. وزن أمرٌ ضروري. فالوزن الزائد يزيد بشكل كبير من عبء عزم الدوران على محركات المؤازرة، مما يؤثر بدوره على استجابة الروبوت، وقدرته على التحمل، وعمر البطارية.

يساعد التصميم خفيف الوزن على تقليل وزن المكونات المختلفة، مما يُخفّض عزم الدوران والقوة اللازمين لنظام القيادة. هذا يُعزز قدرة الروبوت على تحمل الأحمال. يقلل من استهلاك الطاقة ويطيل عمره التشغيلي لذا، يُعدّ تخفيف الوزن أمرًا بالغ الأهمية لتحسين الأداء وتمكين النشر التجاري واسع النطاق. وقد أظهرت جميع شركات تصنيع الروبوتات الرائدة توجهًا واضحًا نحو تقليل الوزن في إصدارات منتجاتها.

على سبيل المثال، الروبوت البشري من الجيل الثاني لشركة تيسلا، أوبتيموس الجيل الثاني —تم إصداره في ديسمبر 2023—حقق 10 كجم انخفاضٌ في الوزن مقارنةً بالجيل الأول، مما أدى إلى زيادةٍ في سرعة المشي بنسبة 30%، بالإضافة إلى تحسيناتٍ ملحوظة في الثبات وخفة الحركة والأداء العام. وكان من أهم عوامل هذا الانخفاض في الوزن الاستخدام المكثف لمادة PEEK (بولي إيثير إيثر كيتون) في مفاصلها الصناعية ومكونات معداتها خفيفة الوزن.

01
ما هي مادة PEEK؟
بولي إيثير إيثر كيتون (PEEK) هو بوليمر حراري عطري بلوري عالي الأداء، ينتمي إلى عائلة بولي أريل إيثير كيتون (PAEK). يتكون من حلقات فينيلين متصلة بروابط إيثر وكيتون. يُعرف باسم واحدة من أعلى المواد البلاستيكية الحرارية أداءً في العالم تتميز مادة PEEK بخصائص متفوقة مقارنة بالمعادن ومعظم المواد البلاستيكية الأخرى.

بالمقارنة مع المواد البلاستيكية الهندسية الرئيسية والمواد البلاستيكية المتخصصة عالية الأداء، تقدم PEEK أداء متكامل . إنه لا يتفوق على معظم المواد البلاستيكية الهندسية المتخصصة من حيث صلابة ، لكنه يحافظ أيضًا على مستوى ممتاز صلابة ، مما يدل على ملف ميكانيكي شامل. بالإضافة إلى ذلك، فإنه يتميز بميزات رائعة المقاومة ل حرارة ، التآكل والتآكل .

بالمقارنة مع المعادن التقليدية، تقدم PEEK قيمة كبيرة قوة نوعية أعلى من سبائك الفولاذ والألومنيوم هذا يسمح بتخفيض كبير في وزن المادة مع الحفاظ على متطلبات القوة، مما يجعلها حلاً مثاليًا للتصميم خفيف الوزن. بالإضافة إلى ذلك، يتفوق PEEK أيضًا على المعادن الشائعة من حيث العزل الكهربائي والمقاومة الكيميائية .

باختصار، الأداء الشامل المتميز لـ PEEK يجعله مادة واعدة ذات آفاق تطبيق واسعة في التصميم خفيف الوزن للروبوتات البشرية.

02
تطبيقات PEEK في الروبوتات البشرية

يستخدم PEEK بشكل أساسي في هياكل الأطراف ومكونات نقل المفاصل للروبوتات البشرية:

التروس/المحامل المشتركة ومكونات ناقل الحركة الأخرى:
تتميز مادة PEEK بمقاومتها الممتازة للتآكل وخصائصها ذاتية التشحيم، مع معامل احتكاك منخفض للغاية (0.1-0.2) ومعامل تمدد حراري منخفض (حوالي 30×10⁻⁶/K)، مما يجعلها مثالية لتروس ومحامل الوصلات. يقلل استخدامها من تآكل المكونات، ويخفض استهلاك الطاقة والضوضاء. في الوقت نفسه، تتميز مادة PEEK بمتانة عالية، وثبات أبعاد جيد، وهي أخف وزنًا من المواد المعدنية، مما يحسن نسبة عزم الدوران إلى الوزن في مفاصل الروبوتات البشرية، مما يتيح حركات أكثر كفاءة ودقة مع إطالة عمر الخدمة.

المكونات الهيكلية خفيفة الوزن
يمكن تعزيز PEEK بمواد مثل الألياف الزجاجية أو ألياف الكربون وتستخدم في الإطارات أو العلب الروبوتية . وهذا يسمح ل انخفاض كبير في الوزن بينما الحفاظ على صلابة عالية وبالتالي تحسين كفاءة الحركة.

يُعدّ PEEK مادةً مثاليةً لتحقيق أهداف خفة الوزن للروبوتات الشبيهة بالبشر. ومع استمرار تقدّم تسويق الروبوتات الشبيهة بالبشر، من المتوقع أن تنمو إمكانات PEEK في هذا القطاع تبعًا لذلك.