ربات‌های انسان‌نما از آزمایشگاه به تولید انبوه تجاری رسیده‌اند و ایجاد تعادل بین وزن کم و استحکام ساختاری به یک چالش اساسی تبدیل شده است.

 
آلومینیوم به عنوان یک ماده فلزی که ترکیبی از سبکی، استحکام بالا و مقاومت در برابر خوردگی است، در حال دستیابی به نفوذ گسترده در قطعات کلیدی مانند مفاصل، اسکلت، سیستم‌های انتقال قدرت و پوسته ربات‌های انسان‌نما است.

 
تا پایان سال 2024، تقاضای جهانی برای ...آلیاژهای آلومینیومدر صنعت ربات‌های انسان‌نما، این صنعت نسبت به سال گذشته ۶۲ درصد افزایش یافته و پس از وسایل نقلیه با انرژی جدید، به یکی دیگر از زمینه‌های انفجاری برای کاربردهای آلومینیوم تبدیل شده است.

 
عملکرد جامع آلیاژ آلومینیوم، آن را به ماده فلزی ترجیحی برای ربات‌های انسان‌نما تبدیل کرده است. چگالی آن تنها یک سوم فولاد است، اما می‌تواند از طریق نسبت آلیاژ و بهینه‌سازی فرآیند، به استحکامی قابل مقایسه با برخی از فولادها دست یابد. به عنوان مثال، استحکام ویژه (نسبت استحکام/چگالی) آلومینیوم هوانوردی سری 7 (7075-T6) می‌تواند به 200 مگاپاسکال بر (گرم بر سانتی‌متر مکعب) برسد که از اکثر پلاستیک‌های مهندسی برتر است و در اتلاف گرما و محافظت الکترومغناطیسی عملکرد خوبی دارد.

 
در نسخه جدید تسلا اپتیموس-ژن۲، اسکلت اندام آن با استفاده از آلیاژ آلومینیوم-منیزیم ۱۵٪ کاهش یافته است، در حالی که از طریق طراحی بهینه‌سازی توپولوژی، استحکام ساختاری حفظ شده است؛ ربات اطلس بوستون داینامیکس از آلومینیوم با استحکام بالا برای ساخت اجزای انتقال مفصل زانو استفاده می‌کند تا بتواند با ضربه پرش‌های فرکانس بالا مقابله کند. علاوه بر این، سیستم خنک‌کننده Ubiquitous Walker X از یک پوسته آلومینیومی ریخته‌گری شده استفاده می‌کند که از رسانایی حرارتی بالای آلومینیوم (حدود ۲۰۰ وات بر متر مکعب در کلوین) برای دستیابی به مدیریت حرارتی کارآمد بهره می‌برد.
در حال حاضر، استفاده از آلومینیوم در صنعت ربات‌های انسان‌نما همچنان با سرعت در حال افزایش است و پیشرفت‌های متعددی در بخش‌های مختلف زنجیره صنعت پدیدار شده است:

۱. جهش عملکردی با استحکام بالاآلیاژ آلومینیوممواد
پس از عرضه آلیاژ آلومینیوم سیلیکون با استحکام کششی ۴۵۰ مگاپاسکال در سپتامبر ۲۰۲۴، گروه لیژونگ (۳۰۴۲۸) گواهینامه درجه هوافضا را برای آلیاژ آلومینیوم سری ۷xxx خود که به طور خاص برای ربات‌ها طراحی شده است، در ژانویه ۲۰۲۵ دریافت کرد. این ماده از طریق فناوری میکروآلیاژسازی، استحکام تسلیم خود را به ۵۸۰ مگاپاسکال افزایش داده و در عین حال نرخ ازدیاد طول ۵٪ را حفظ کرده است و با موفقیت در ماژول مفصل زانوی بیومیمتیک Fourier Intelligence به کار گرفته شده و در مقایسه با راه‌حل‌های سنتی آلیاژ تیتانیوم، ۳۲٪ وزن را کاهش داده است. جنس بدنه ستون تمام آلومینیومی که توسط صنایع آلومینیوم مینگتای (۶۰۱۶۷۷) توسعه یافته است، از فناوری تشکیل رسوب اسپری برای افزایش رسانایی حرارتی ماده آلومینیومی رادیاتور به ۲۴۰ وات بر (متر · کلوین) استفاده می‌کند و به عنوان سیستم محرک ربات انسان‌نمای H1 شرکت Yushu Technology به صورت عمده عرضه شده است.

 
۲. پیشرفت در سطح صنعتی در فناوری ریخته‌گری یکپارچه
اولین خط تولید ریخته‌گری فوق فشرده دو صفحه‌ای 9800T جهان که توسط شرکت Wencan (603348) در پایگاه چونگ‌کینگ آن به بهره‌برداری رسید، چرخه تولید اسکلت‌های ربات انسان‌نما را از 72 ساعت به 18 ساعت کاهش داده است. قطعه اسکلت ستون فقرات بیومیمتیک توسعه‌یافته توسط این شرکت از طریق طراحی توپولوژی بهینه‌سازی شده است، نقاط جوش را 72 درصد کاهش داده، به استحکام ساختاری 800 مگاپاسکال دست یافته و نرخ بازده بیش از 95 درصد را حفظ کرده است. این فناوری سفارش‌هایی از مشتریان آمریکای شمالی دریافت کرده و در حال حاضر کارخانه‌ای در مکزیک در دست ساخت است. گوانگدونگ هونگتو (002101) یک پوسته آلومینیومی ریخته‌گری شده با دیواره نازک با ضخامت دیواره تنها 1.2 میلی‌متر اما با مقاومت ضربه 30 کیلونیوتن توسعه داده است که در ساختار محافظ قفسه سینه Uber Walker X اعمال می‌شود.

۳. نوآوری در ماشینکاری دقیق و ادغام عملکردی
صنایع آلومینیوم نانشان (600219) با همکاری مرکز ملی مهندسی آلیاژهای سبک در دانشگاه جیائو تونگ شانگهای، مواد کامپوزیتی مبتنی بر آلومینیوم تقویت‌شده با نانو را در فوریه 2025 عرضه خواهد کرد. این ماده با پراکندگی نانوذرات کاربید سیلیکون تقویت شده و ضریب انبساط حرارتی را به 8 × 10⁻⁶/℃ کاهش می‌دهد و با موفقیت مشکل رانش دقت ناشی از اتلاف حرارت ناهموار موتورهای سروو را حل می‌کند. این ماده به زنجیره تأمین تسلا اپتیموس نسل 3 معرفی شده است. لایه محافظ الکترومغناطیسی کامپوزیت گرافن آلومینیوم که توسط شرکت Yinbang (300337) توسعه یافته است، دارای راندمان محافظ 70 دسی‌بل در باند فرکانسی 10 گیگاهرتز و ضخامت تنها 0.25 میلی‌متر است که به آرایه حسگر سر بوستون داینامیکس اطلس اعمال می‌شود.

 
۴. دستیابی به موفقیت کم کربن در فناوری آلومینیوم بازیافتی
خط تولید تصفیه آلومینیوم بازیافتی با درجه الکترونیکی که به تازگی توسط شرکت آلومینیوم چین (601600) ساخته شده است، می‌تواند میزان ناخالصی مس و آهن موجود در آلومینیوم ضایعاتی را به زیر 5ppm کنترل کند و ردپای کربن آلومینیوم بازیافتی تولید شده را در مقایسه با آلومینیوم اولیه 78 درصد کاهش دهد. این فناوری توسط قانون مواد اولیه کلیدی اتحادیه اروپا تأیید شده است و انتظار می‌رود از سه ماهه دوم سال 2025، مواد آلومینیومی سازگار با چرخه عمر کامل (LCA) را برای ربات‌های Zhiyuan تأمین کند.

۵. ادغام و کاربرد فناوری‌های بین رشته‌ای
در گسترش سناریوهای سطح هوافضا، ساختار آلومینیومی لانه زنبوری بیومیمتیک توسعه یافته توسط شرکت فناوری مرد آهنی پکن توسط موسسه فناوری هاربین تأیید شده است و وزن تنه ربات دوپا را 30٪ کاهش و سختی خمشی آن را 40٪ افزایش می‌دهد. این ساختار از آلومینیوم هوانوردی 7075-T6 ساخته شده و از طریق طراحی بیومیمتیک به سختی ویژه 12GPa · m³/kg دست می‌یابد. قرار است از این ساختار برای ربات تعمیر و نگهداری ایستگاه فضایی که در سه ماهه چهارم 2025 پرتاب می‌شود، استفاده شود.

 
این پیشرفت‌های تکنولوژیکی، استفاده از آلومینیوم در ربات‌های انسان‌نما را از 20 کیلوگرم در هر واحد در سال 2024 به 28 کیلوگرم در هر واحد در سال 2025 افزایش می‌دهد و نرخ حق بیمه آلومینیوم مرغوب نیز از 15٪ به 35٪ افزایش یافته است.

 
با اجرای «نظرات راهنما در مورد توسعه نوآورانه صنعت ربات‌های انسان‌نما» توسط وزارت صنایع و فناوری اطلاعات، نوآوری مواد آلومینیومی در زمینه‌های سبکی و ادغام عملکردی همچنان شتاب خواهد گرفت. در ژوئیه 2024، وزارت صنایع و فناوری اطلاعات «نظرات راهنما در مورد توسعه نوآورانه صنعت ربات‌های انسان‌نما» را منتشر کرد که به وضوح هدف «عبور از مواد سبک و فرآیندهای تولید دقیق» را بیان می‌کرد و فناوری شکل‌دهی دقیق آلیاژ آلومینیوم را در فهرست کلیدی تحقیق و توسعه قرار می‌داد.

 
در سطح محلی، شانگهای در نوامبر ۲۰۲۴ یک صندوق ویژه به مبلغ ۲ میلیارد یوان برای حمایت از تحقیق و صنعتی‌سازی مواد اصلی برای ربات‌های انسان‌نما، از جمله مواد آلومینیومی با کارایی بالا، تأسیس خواهد کرد.

 
در حوزه آکادمیک، «ساختار آلومینیومی لانه زنبوری زیست تقلیدی» که به طور مشترک توسط موسسه فناوری هاربین و موسسه تحقیقات آلومینیوم چین توسعه داده شده است، در ژانویه 2025 اعتبارسنجی شد. این ساختار می‌تواند وزن تنه ربات را 30 درصد کاهش دهد و در عین حال سختی خمشی را 40 درصد بهبود بخشد. دستاوردهای مرتبط وارد مرحله صنعتی‌سازی ثبت اختراع شده‌اند.

طبق گزارش موسسه رباتیک GGII، مصرف جهانی آلومینیوم برای ربات‌های انسان‌نما در سال ۲۰۲۴ تقریباً ۱۲۰۰۰ تن خواهد بود که حجم بازار آن ۱.۸ میلیارد یوان خواهد بود. با فرض اینکه مصرف آلومینیوم یک ربات انسان‌نما ۲۰ تا ۲۵ کیلوگرم باشد (که ۳۰ تا ۴۰ درصد از وزن کل دستگاه را تشکیل می‌دهد)، بر اساس تخمین حمل و نقل جهانی ۵ میلیون واحد تا سال ۲۰۳۰، تقاضا برای آلومینیوم به ۱۰۰۰۰۰ تا ۱۲۵۰۰۰ تن افزایش خواهد یافت که مربوط به حجم بازار تقریباً ۱۵ تا ۱۸ میلیارد یوان با نرخ رشد مرکب سالانه ۴۵ درصد است.

 
از نظر قیمت، از نیمه دوم سال 2024، نرخ حق بیمه مواد آلومینیومی مرغوب برای ربات‌ها (مانند صفحات آلومینیومی درجه هوانوردی و آلومینیوم ریخته‌گری شده با رسانایی حرارتی بالا) از 15٪ به 30٪ افزایش یافته است. قیمت واحد برخی از محصولات سفارشی از 80000 یوان در هر تن فراتر رفته است که به طور قابل توجهی بالاتر از میانگین قیمت مواد آلومینیومی صنعتی (22000 یوان در هر تن) است.

 
همزمان با اینکه ربات‌های انسان‌نما با نرخ بیش از ۶۰ درصد در سال تولید می‌شوند، آلومینیوم با زنجیره صنعتی بالغ و عملکرد پیوسته بهینه خود، در حال گذار از تولید سنتی به مسیر ارزش افزوده بالا است. طبق گزارش موسسه تحقیقاتی توبائو، از سال ۲۰۲۵ تا ۲۰۲۸، بازار آلومینیوم چین برای ربات‌ها ۴۰ تا ۵۰ درصد از سهم بازار جهانی را به خود اختصاص خواهد داد و پیشرفت‌های تکنولوژیکی شرکت‌های محلی در قالب‌گیری دقیق، پرداخت سطحی و سایر جنبه‌ها، برندگان و بازندگان کلیدی خواهند بود.