في السنوات الأخيرة، وبفضل التقدم المذهل في تكنولوجيا الذكاء الاصطناعي التوليدي، اكتسبت صناعة الروبوت البشري اهتمامًا متزايدًا. وقد دخلت شركات التكنولوجيا المحلية والعالمية، بما في ذلك تيسلا، وهواوي، وشاومي، وتينسنت، ويوشو تكنولوجي، إلى هذا القطاع وكثفت جهودها.

تظهر تقارير تحليل الصناعة أنه في عام 2023، دخلت صناعة الروبوتات البشرية في الصين فترة من النمو الهائل، حيث وصل حجم السوق إلى 3.91 مليار يوان، بزيادة سنوية قدرها 85.7٪. ومن المتوقع أن تستمر صناعة الروبوتات البشرية في النمو بسرعة في عامي 2024 و2025، وبحلول عام 2026، سيتجاوز حجم سوق صناعة الروبوتات البشرية في الصين 20 مليار يوان.

(ULSrobotics)

تخفيف وزن الجسم الآليتعد التكنولوجيا أحد المجالات الرئيسية للبحث، لأنها تعالج قضايا مثل التعاون الوثيق بين البشر والروبوتات في الأماكن الضيقة، وضمان السلامة أثناء العمليات المشتركة لمنع الإصابة من الآلة، وتعزيز قدرة الروبوت على الحركة والمرونة.

يعمل الهيكل العظمي للأطراف كإطار أساسي يدعم الحركات المختلفة للروبوتات البشرية. تتضمن سيناريوهات التطبيق مواد الصدفة والعمود الفقري والذراعين العلويين والساعدين والفخذين والساقين السفلية والمكونات الهيكلية الأخرى. تشمل المواد الشائعة المستخدمة الفولاذ وسبائك الألومنيوم وسبائك المغنيسيوم وألياف الكربون ومواد البوليمر. في ظل اتجاه الوزن الخفيف، أصبح "استبدال الفولاذ بالبلاستيك" موضوعًا ساخنًا في تصنيع الروبوتات البشرية.

ستقدم هذه المقالة ثمانية مواد بوليمر شائعة الاستخدام في الروبوتات البشرية.

1. بولي إيثر إيثر كيتون (نظرة خاطفة)
في أوائل عام 2024، عرضت تسلا الروبوت الآلي Optimus-Gen2، الذي خفض وزنه بمقدار 10 كيلوغرامات وزاد من سرعة المشي بنسبة 30% دون التضحية بالأداء، وذلك بفضل مادة خفيفة الوزن - PEEK. تعتبر PEEK إحدى المواد الخام الرئيسية المستخدمة في إنتاج الروبوتات البشرية.

PEEK، أو Polyethertherketone، عبارة عن بوليمر عالي الأداء يتكون من وحدات متكررة تحتوي على مجموعة كيتون واحدة ومجموعتين من الأثير في هيكل السلسلة الرئيسية. يتم تصنيفه على أنه بوليمر متخصص وهو واحد من أعلى البوليمرات من حيث الأداء العام وقيمة المنتج بين اللدائن الهندسية.

تمتلك PEEK مجموعة شاملة من الخصائص. إنه يتفوق على معظم المواد البلاستيكية الهندسية المتخصصة الأخرى من حيث الصلابة، بينما يوفر أيضًا المتانة والقوة الميكانيكية والمقاومة الممتازة للحرارة والتآكل والتآكل.

بفضل القوة المحددة العالية والكثافة المنخفضة، يمكن لـ PEEK تقليل وزن المادة بشكل كبير مع تلبية متطلبات القوة، مما يجعلها حلاً مثاليًا للتطبيقات خفيفة الوزن. ولديها إمكانات واسعة في القطاعات الصناعية لتطبيقات "استبدال البلاستيك بالصلب".

الرسم البياني: تتمتع نظرة خاطفة بمزايا كبيرة في الخواص الفيزيائية والكيميائية.

يمكن لـ PEEK تحسين أدائها الإجمالي من خلال تركيبها بمواد مثل ألياف الكربون والألياف الزجاجية. من خلال الاستفادة من قوة الشد العالية ومعامل المرونة لألياف الكربون، تظهر مواد PEEK المقواة بألياف الكربون صلابة محسنة، ومقاومة للصدمات، وقوة محددة، وثبات حراري. هذه الخصائص تجعلها مناسبة للتطبيقات في الأذرع الآلية، والروابط المشتركة، والمكونات الأخرى، مع إمكانات كبيرة في الروبوتات البشرية.

مع الطلب المقدر بـ 10 ملايين روبوت بشري، من المتوقع أن يؤدي استخدام PEEK للحلول خفيفة الوزن إلى دفع 105000 طن إضافي من طلب PEEK، مما يؤدي إلى حجم سوق PEEK يبلغ 52.5 مليار يوان صيني.

الرسم البياني: سوق نظرة خاطفة إمكانياتفي الروبوتات البشرية

2. مادة البولي أميد (PA)
الروبوت Poppy، الذي صممته شركة Ensta ParisTech وFlowers Lab من فرنسا، تمت طباعة جميع أجزائه بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد باستخدام تقنية التكلس بالليزر الانتقائي (SLS)، حيث تكون المادة من مادة البولي أميد (PA)، باستثناء المحركات والدوائر الإلكترونية.

النايلون، المعروف أيضًا باسم البولياميد (PA)، هو مصطلح عام للراتنجات البلاستيكية الحرارية التي تحتوي على مجموعات أميد متكررة - NHCO - على العمود الفقري الجزيئي. يتم استخدامه على نطاق واسع في مختلف الصناعات وهو النوع الأكثر استخدامًا بين اللدائن الهندسية الخمسة الرئيسية. يتميز النايلون بكثافة منخفضة، وقوة ميكانيكية عالية، وصلابة، وصلابة، وصلابة، ومقاومة ممتازة للشيخوخة، وخصائص جيدة لتخميد الاهتزاز، وخصائص انزلاقية فائقة، ومقاومة تآكل رائعة، وقابلية تشغيل جيدة. كما أنها تتميز بالتحكم الدقيق أثناء المعالجة، مع عدم وجود زحف وأداء ممتاز ضد التآكل، فضلاً عن ثبات الأبعاد الجيد. العيب الرئيسي هو امتصاصه العالي للماء.

3. الكمبيوتر/ABS
إن الروبوت البشري NAO، الذي طورته مجموعة SoftBank، مصنوع بشكل أساسي من بلاستيك البولي كربونات-ABS، والبولي أميد، والمواد البلاستيكية الحرارية المقواة بألياف الكربون.

يُشار إلى البلاستيك الهندسي ABS، المعروف أيضًا باسم PC+ABS (سبيكة البلاستيك الهندسي)، عادةً باسم سبيكة بلاستيكية في الصناعة الكيميائية. تم تسميتها PC+ABS لأن هذه المادة تجمع بين المقاومة الممتازة للحرارة، وقابلية الطقس، واستقرار الأبعاد، ومقاومة الصدمات لراتنج PC مع سيولة المعالجة الممتازة لراتنج ABS. ونتيجة لذلك، يتم استخدامه في المنتجات ذات الجدران الرقيقة والأشكال المعقدة، مما يحافظ على أدائه المتميز وقابلية تشكيل المواد البلاستيكية المكونة من الإستر.

العيب الرئيسي للبلاستيك الهندسي ABS هو وزنه الثقيل وضعف التوصيل الحراري. يتم تحديد درجة حرارة القولبة من خلال نطاق درجة الحرارة بين المادتين الأساسيتين، عادة حوالي 240-265 درجة مئوية. إذا كانت درجة الحرارة مرتفعة جدًا، فسوف يتحلل ABS، وإذا كانت منخفضة جدًا، فستكون سيولة مادة الكمبيوتر غير كافية.