近年、生成型人工知能技術の画期的な進歩のおかげで、人型ロボット産業への注目が高まっています。テスラ、ファーウェイ、シャオミ、テンセント、玉朔科技など国内外のハイテク企業がこの分野に参入し、取り組みを強化している
。
業界分析レポートによると、2023年に中国の人型ロボット産業は爆発的な成長期に入り、市場規模は前年比85.7%増の39億1000万元に達した。人型ロボット産業は 2024 年から 2025 年にかけて急成長を続け、2026 年までに中国の人型ロボット産業の市場規模は 200 億元を超えると予想されています。

(ULSrobotics)

ロボット本体の軽量化この技術は、限られた空間での人間とロボット間の緊密な協力、機械による損傷を防ぐための共同作業中の安全性の確保、ロボットの可動性と柔軟性の強化などの課題に取り組むため、主要な研究分野の 1 つです。

四肢の骨格構造は、人型ロボットのさまざまな動作をサポートする基本的な枠組みとして機能します。 その適用シナリオには、シェル素材、脊椎、上腕、前腕、大腿、下肢、その他の構造コンポーネントが含まれます。 使用される一般的な材料には、鋼鉄、アルミニウム合金、マグネシウム合金、炭素繊維、ポリマー材料などがあります。 軽量化の流れを受けて、人型ロボットの製造において「鉄からプラスチックへの置き換え」が注目されています。

この記事では、人型ロボットで一般的に使用される 8 つの ポリマー材料 を紹介します。

１．ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)
2024 年初頭、テスラは Optimus-Gen2 ヒューマノイド ロボットを発表しました。このロボットは、軽量素材 PEEK のおかげで、パフォーマンスを犠牲にすることなく、重量を 10 キログラム削減し、歩行速度を 30% 向上させました。 PEEK は、人型ロボットの製造に使用される重要な原材料の 1 つです。

PEEK (ポリエーテルエーテルケトン) は、主鎖構造に 1 つのケトン基と 2 つのエーテル基を含む繰り返し単位で構成される高性能ポリマーです。これは特殊ポリマーとして分類されており、エンジニアリング プラスチックの中で総合的な性能と製品価値の点で最高のものの 1 つです。[68]

PEEK には幅広い特性があります。剛性の点で他のほとんどの特殊エンジニアリング プラスチックよりも優れており、同時に靭性、機械的強度、および耐熱性、摩耗性、腐食に対する優れた耐性も備えています。[71]
高い比強度と低密度を備えた PEEK は、強度要件を満たしながら材料の重量を大幅に削減できるため、軽量用途にとって理想的なソリューションとなります。これは、産業分野において「鉄鋼に代わるプラスチック」用途として幅広い可能性を秘めています。[74]

チャート: PEEK は物理的および化学的特性において大きな利点を持っています。

PEEK は、カーボンファイバーやグラスファイバーなどの材料と配合することで全体的なパフォーマンスを向上させることができます。 炭素繊維の高い引張強度と弾性率を利用して、炭素繊維強化 PEEK 材料は、靭性、耐衝撃性、比強度、および熱安定性が向上しています。これらの特性により、ロボット アーム、関節リンケージ、およびその他のコンポーネントでの用途に適しており、ヒューマノイド ロボットで大きな可能性を秘めています。

1,000 万台の人型ロボットの推定需要があるため、軽量ソリューションに PEEK を使用すると、さらに 105,000 トンの PEEK 需要が増加し、結果として PEEK 市場規模は 525 億人民元になると予想されます。

チャート: PEEK 市場 Poヒューマノイド ロボットの潜在

2.ポリアミド(PA)
フランスの Ensta ParisTech と Flowers Lab によって設計されたロボット Poppy は、モーターと電子回路を除くすべての部品が選択レーザー焼結 (SLS) 技術を使用して 3D プリントされ、材料はポリアミド (PA) です。

ポリアミド (PA) としても知られる ナイロンは、分子骨格にアミド基 (NHCO) を繰り返し持つ熱可塑性樹脂の総称です。さまざまな業界で広く使用されており、5大エンジニアリングプラスチックの中で最も多く使用されているタイプです。ナイロンは、低密度、高い機械的強度、剛性、硬さ、靱性、優れた耐老化性、優れた振動減衰特性、優れた滑り特性、優れた耐摩耗性、優れた機械加工性を備えています。また、加工時の精密な制御性を発揮し、クリープがなく耐摩耗性に優れ、寸法安定性も良好です。主な欠点は、吸水性が高いことです。

3. PC/ABS
ソフトバンク グループが開発した人型ロボット NAO は、主にポリカーボネート ABS プラスチック、ポリアミド、および炭素繊維強化熱可塑性プラスチック材料で作られています。

ABS エンジニアリング プラスチックは、PC+ABS (エンジニアリング プラスチック アロイ) としても知られ、化学業界では一般にプラスチック アロイと呼ばれます。 PC樹脂の優れた耐熱性、耐候性、寸法安定性、耐衝撃性とABS樹脂の優れた加工流動性を兼ね備えた材料であることからPC+ABSと名付けられました。その結果、エステルからなるプラスチック材料の優れた性能と成形性を維持しながら、薄肉で複雑な形状の製品に使用されています。

ABS エンジニアリング プラスチックの主な欠点は、重量が重いことと熱伝導率が低いことです。成形温度は 2 つの基材間の温度範囲によって決まり、通常は約 240 ～ 265 °C です。温度が高すぎるとＡＢＳが分解し、温度が低すぎるとＰＣ材料の流動性が不十分となる。