Ces dernières années, grâce aux progrès révolutionnaires de la technologie de l'intelligence artificielle générative, l'industrie des robots humanoïdes a attiré une attention croissante. Des entreprises technologiques nationales et internationales, notamment Tesla, Huawei, Xiaomi, Tencent et Yushuo Technology, sont toutes entrées dans le secteur et ont intensifié leurs efforts.

Les rapports d'analyse de l'industrie montrent qu'en 2023, l'industrie chinoise des robots humanoïdes est entrée dans une période de croissance explosive, avec une taille de marché atteignant 3,91 milliards de yuans, soit une augmentation d'une année sur l'autre de 85,7 %. On s'attend à ce que l'industrie des robots humanoïdes continue de croître rapidement en 2024 et 2025, et d'ici 2026, la taille du marché de l'industrie chinoise des robots humanoïdes dépassera 20 milliards de yuans.

(ULSrobotique)

Allégement du corps robotiqueLa technologie est l'un des domaines clés de la recherche, car elle aborde des questions telles que la collaboration étroite entre les humains et les robots dans des espaces confinés, la garantie de la sécurité lors des opérations conjointes pour éviter les blessures causées par la machine et l'amélioration de la mobilité et de la flexibilité du robot.

La structure squelettique des membres sert de cadre de base qui prend en charge divers mouvements des robots humanoïdes. Ses scénarios d'application incluent les matériaux de coque, la colonne vertébrale, le haut des bras, les avant-bras, les cuisses, le bas des jambes et d'autres composants structurels. Les matériaux couramment utilisés comprennent l'acier, les alliages d'aluminium, les alliages de magnésium, la fibre de carbone et les matériaux polymères. Dans le contexte de la tendance à l'allègement, le « remplacement de l'acier par du plastique » est devenu un sujet brûlant dans la fabrication de robots humanoïdes.

Cet article présentera huit matériaux polymères couramment utilisés dans les robots humanoïdes.

1. Polyéther éther cétone (PEEK)
Début 2024, Tesla a présenté le robot humanoïde Optimus-Gen2, qui a réduit son poids de 10 kilogrammes et augmenté sa vitesse de marche de 30 % sans sacrifier les performances, grâce à un matériau léger : le PEEK. Le PEEK est l’une des matières premières clés utilisées dans la production de robots humanoïdes.

PEEK, ou polyétheréthercétone, est un polymère haute performance composé d'unités répétitives qui contiennent un groupe cétone et deux groupes éther dans la structure de la chaîne principale. Il est classé comme polymère spécial et est l'un des plus élevés en termes de performances globales et de valeur de produit parmi les plastiques techniques.

PEEK possède une gamme complète de propriétés. Il surpasse la plupart des autres plastiques techniques spécialisés en termes de rigidité, tout en offrant également une ténacité, une résistance mécanique et une excellente résistance à la chaleur, à l'usure et à la corrosion.

Avec une résistance spécifique élevée et une faible densité, le PEEK peut réduire considérablement le poids du matériau tout en répondant aux exigences de résistance, ce qui en fait une solution idéale pour les applications légères. Il présente un large potentiel dans les secteurs industriels pour des applications de « remplacement du plastique de l’acier ».

Graphique : Le PEEK présente des avantages significatifs en termes de propriétés physiques et chimiques.

Le PEEK peut améliorer ses performances globales en étant mélangé à des matériaux tels que la fibre de carbone et la fibre de verre. Tirant parti de la résistance à la traction et du module élastique élevés de la fibre de carbone, les matériaux PEEK renforcés de fibres de carbone présentent une ténacité, une résistance aux chocs, une résistance spécifique et une stabilité thermique améliorées. Ces propriétés les rendent adaptés aux applications dans les bras robotiques, les liaisons articulaires et d'autres composants, avec un potentiel important dans les robots humanoïdes.

Avec une demande estimée à 10 millions de robots humanoïdes, l'utilisation du PEEK pour des solutions légères devrait générer 105 000 tonnes supplémentaires de demande de PEEK, ce qui entraînerait une taille de marché du PEEK de 52,5 milliards de RMB.

Graphique : marché du PEEK Popotentiel des robots humanoïdes

2. Polyamide (PA)
Le robot Poppy, conçu par Ensta ParisTech et Flowers Lab de France, a toutes les pièces imprimées en 3D grâce à la technologie de frittage sélectif laser (SLS), le matériau étant du polyamide (PA), à l'exception des moteurs et des circuits électroniques.

Le nylon, également connu sous le nom de polyamide (PA), est un terme général désignant les résines thermoplastiques comportant des groupes amide répétés – NHCO – sur le squelette moléculaire. Il est largement utilisé dans diverses industries et constitue le type le plus couramment utilisé parmi les cinq principaux plastiques techniques. Le nylon a une faible densité, une résistance mécanique, une rigidité, une dureté et une ténacité élevées, une excellente résistance au vieillissement, de bonnes propriétés d'amortissement des vibrations, des propriétés de glissement supérieures, une résistance à l'usure exceptionnelle et une bonne usinabilité. Il présente également un contrôle précis lors de l'usinage, sans fluage et d'excellentes performances anti-usure, ainsi qu'une bonne stabilité dimensionnelle. Le principal inconvénient est sa forte absorption d'eau.

3. PC/ABS
Le robot humanoïde NAO, développé par SoftBank Group, est principalement composé de plastique polycarbonate-ABS, de polyamide et de matériaux thermoplastiques renforcés de fibres de carbone.

Le plastique technique ABS, également connu sous le nom de PC+ABS (alliage plastique technique), est communément appelé alliage plastique dans l'industrie chimique. Il est nommé PC+ABS car ce matériau combine l'excellente résistance à la chaleur, la résistance aux intempéries, la stabilité dimensionnelle et la résistance aux chocs de la résine PC avec l'excellente fluidité de traitement de la résine ABS. En conséquence, il est utilisé dans des produits aux parois minces et aux formes complexes, conservant à la fois ses performances exceptionnelles et la moulabilité des matières plastiques composées d'un ester.

Le principal inconvénient du plastique technique ABS est son poids élevé et sa mauvaise conductivité thermique. Sa température de moulage est déterminée par la plage de température entre les deux matériaux de base, généralement autour de 240-265°C. Si la température est trop élevée, l'ABS se décomposera, et si elle est trop basse, la fluidité du matériau PC sera insuffisante.