I robot umanoidi sono passati dal laboratorio alla produzione di massa commerciale e bilanciare leggerezza e resistenza strutturale è diventata una sfida fondamentale.

 
In quanto materiale metallico che unisce leggerezza, elevata resistenza e insensibilità alla corrosione, l'alluminio sta ottenendo una penetrazione su larga scala in componenti essenziali quali giunti, scheletri, sistemi di trasmissione e gusci di robot umanoidi.

 
Entro la fine del 2024, la domanda globale dileghe di alluminionel settore dei robot umanoidi è aumentato del 62% su base annua, diventando un altro campo esplosivo per le applicazioni in alluminio dopo i veicoli a nuova energia.

 
Le prestazioni complete della lega di alluminio la rendono il materiale metallico preferito per i robot umanoidi. La sua densità è solo un terzo di quella dell'acciaio, ma può raggiungere una resistenza paragonabile ad alcuni acciai grazie al rapporto di lega e all'ottimizzazione del processo. Ad esempio, la resistenza specifica (rapporto resistenza/densità) dell'alluminio aeronautico serie 7 (7075-T6) può raggiungere 200 MPa/(g/cm³), un valore superiore a quello della maggior parte dei materiali plastici ingegneristici, e offre ottime prestazioni in termini di dissipazione del calore e schermatura elettromagnetica.

 
Nell'iterazione di Tesla Optimus-Gen2, lo scheletro degli arti è stato ridotto del 15% utilizzando una lega di alluminio e magnesio, pur mantenendo la rigidità strutturale grazie all'ottimizzazione topologica; il robot Atlas di Boston Dynamics utilizza alluminio ad alta resistenza per creare componenti di trasmissione dell'articolazione del ginocchio in grado di resistere all'impatto dei salti ad alta frequenza. Inoltre, il sistema di raffreddamento dell'Ubiquitous Walker X adotta un guscio in alluminio pressofuso, che sfrutta l'elevata conduttività termica dell'alluminio (circa 200 W/m·K) per ottenere una gestione termica efficiente.
Attualmente, l'iterazione tecnologica dell'alluminio nel campo dei robot umanoidi continua ad accelerare e sono emerse molteplici innovazioni in vari anelli della filiera industriale:

1. Salto di prestazioni ad alta resistenzalega di alluminiomateriali
Dopo il lancio della lega di alluminio e silicio con una resistenza alla trazione di 450 MPa nel settembre 2024, Lizhong Group (300428) ha ottenuto la certificazione di livello aerospaziale per la sua lega di alluminio serie 7xxx, specificamente progettata per i robot, nel gennaio 2025. Questo materiale ha aumentato il suo limite di snervamento a 580 MPa grazie alla tecnologia di microlegatura, mantenendo un tasso di allungamento del 5%, ed è stato applicato con successo al modulo per l'articolazione del ginocchio biomimetica di Fourier Intelligence, riducendo il peso del 32% rispetto alle tradizionali soluzioni in lega di titanio. Il materiale del corpo della colonna interamente in alluminio, sviluppato da Mingtai Aluminum Industry (601677), adotta la tecnologia di formatura a deposizione spray per aumentare la conduttività termica del materiale di alluminio del radiatore a 240 W/(m·K), ed è stato fornito in blocco come sistema di azionamento per il robot umanoide H1 di Yushu Technology.

 
2. Innovazione a livello industriale nella tecnologia di pressofusione integrata
La prima linea di produzione al mondo di super pressofusione a due piastre 9800T, messa in funzione da Wencan Corporation (603348) presso la sua sede di Chongqing, ha ridotto il ciclo di produzione degli scheletri di robot umanoidi da 72 a 18 ore. Il componente biomimetico dello scheletro della colonna vertebrale sviluppato da Wencan è stato ottimizzato attraverso la progettazione topologica, riducendo i punti di saldatura del 72%, raggiungendo una resistenza strutturale di 800 MPa e mantenendo un tasso di rendimento superiore al 95%. Questa tecnologia ha ricevuto ordini da clienti nordamericani e uno stabilimento in Messico è attualmente in costruzione. Guangdong Hongtu (002101) ha sviluppato un guscio in alluminio pressofuso a pareti sottili con uno spessore di soli 1,2 mm ma con una resistenza agli urti di 30 kN, applicato alla struttura di protezione del torace dell'Uber Walker X.

3. Innovazione nella lavorazione di precisione e nell'integrazione funzionale
Nanshan Aluminum Industry (600219), in collaborazione con il National Engineering Center for Light Alloys della Shanghai Jiao Tong University, rilascerà materiali compositi a base di alluminio nano-rinforzato a febbraio 2025. Questo materiale è rinforzato dalla dispersione di nanoparticelle di carburo di silicio, riducendo il coefficiente di dilatazione termica a 8 × 10⁻⁶/℃, risolvendo con successo il problema della deriva di precisione causato dalla dissipazione del calore non uniforme dei servomotori. È stato introdotto nella catena di fornitura di Tesla Optimus Gen3. Lo strato di schermatura elettromagnetica composito in alluminio e grafene sviluppato da Yinbang Co., Ltd. (300337) ha un'efficienza di schermatura di 70 dB nella banda di frequenza di 10 GHz e uno spessore di soli 0,25 mm, ed è applicato alla matrice di sensori della testa di Boston Dynamics Atlas.

 
4. Innovazione a basse emissioni di carbonio grazie alla tecnologia dell'alluminio riciclato
La nuova linea di produzione per la purificazione dell'alluminio riciclato di grado elettronico di Aluminum Corporation of China (601600) è in grado di mantenere il contenuto di impurità di rame e ferro nell'alluminio di scarto al di sotto di 5 ppm e di ridurre l'impronta di carbonio dell'alluminio riciclato prodotto del 78% rispetto all'alluminio primario. Questa tecnologia è stata certificata dal Key Raw Materials Act dell'UE e si prevede che fornirà materiali in alluminio conformi all'LCA (ciclo di vita completo) ai robot Zhiyuan a partire dal secondo trimestre del 2025.

5. Integrazione e applicazione tecnologica interdisciplinare
Nell'ambito dell'espansione degli scenari aerospaziali, la struttura biomimetica in alluminio a nido d'ape sviluppata dalla Beijing Iron Man Technology è stata verificata dall'Harbin Institute of Technology, riducendo il peso del torso del robot bipede del 30% e aumentandone la rigidità alla flessione del 40%. La struttura adotta alluminio aeronautico 7075-T6 e raggiunge una rigidità specifica di 12 GPa · m³/kg grazie al design biomimetico. Si prevede che verrà utilizzata per il robot di manutenzione della stazione spaziale lanciato nel quarto trimestre del 2025.

 
Queste innovazioni tecnologiche stanno portando l'utilizzo di alluminio nei robot umanoidi da 20 kg/unità nel 2024 a 28 kg/unità nel 2025, mentre il costo aggiuntivo dell'alluminio di alta qualità è aumentato dal 15% al ​​35%.

 
Con l'attuazione dei "Pareri guida sullo sviluppo innovativo dell'industria dei robot umanoidi" da parte del Ministero dell'Industria e dell'Informazione Tecnologica, l'innovazione dei materiali in alluminio nei settori dell'integrazione funzionale e della leggerezza continuerà ad accelerare. Nel luglio 2024, il Ministero dell'Industria e dell'Informazione Tecnologica ha pubblicato i "Pareri guida sullo sviluppo innovativo dell'industria dei robot umanoidi", che hanno chiaramente affermato l'obiettivo di "innovare con materiali leggeri e processi di produzione di precisione", e hanno incluso la tecnologia di formatura di precisione delle leghe di alluminio nell'elenco chiave di ricerca e sviluppo.

 
A livello locale, Shanghai istituirà un fondo speciale di 2 miliardi di yuan nel novembre 2024 per sostenere la ricerca e l'industrializzazione di materiali fondamentali per robot umanoidi, tra cui materiali in alluminio ad alte prestazioni.

 
In ambito accademico, la "struttura biomimetica a nido d'ape in alluminio", sviluppata congiuntamente dall'Harbin Institute of Technology e dal China Aluminum Research Institute, è stata convalidata nel gennaio 2025. Questa struttura può ridurre il peso del torso del robot del 30%, migliorando al contempo la rigidità alla flessione del 40%. I risultati ottenuti sono entrati nella fase di industrializzazione brevettuale.

Secondo il GGII Institute of Robotics, il consumo globale di alluminio per i robot umanoidi sarà di circa 12.000 tonnellate nel 2024, con un mercato di 1,8 miliardi di yuan. Ipotizzando che il consumo di alluminio di un singolo robot umanoide sia di 20-25 kg (pari al 30-40% del peso totale della macchina), sulla base di una stima di spedizioni globali di 5 milioni di unità entro il 2030, la domanda di alluminio salirà a 100.000-125.000 tonnellate, corrispondenti a un mercato di circa 15-18 miliardi di yuan, con un tasso di crescita annuo composto del 45%.

 
In termini di prezzo, dalla seconda metà del 2024, il sovrapprezzo dei materiali in alluminio di alta qualità per robot (come le piastre in alluminio aeronautico e l'alluminio pressofuso ad alta conduttività termica) è aumentato dal 15% al ​​30%. Il prezzo unitario di alcuni prodotti personalizzati supera gli 80.000 yuan/tonnellata, significativamente superiore al prezzo medio dei materiali in alluminio industriali (22.000 yuan/tonnellata).

 
Con un tasso di iterazione dei robot umanoidi superiore al 60% all'anno, l'alluminio, con la sua filiera industriale matura e le prestazioni costantemente ottimizzate, sta passando dalla produzione tradizionale a quella ad alto valore aggiunto. Secondo il Toubao Research Institute, dal 2025 al 2028, il mercato cinese dell'alluminio per i robot rappresenterà il 40-50% della quota di mercato globale, e le innovazioni tecnologiche delle imprese locali nello stampaggio di precisione, nel trattamento delle superfici e in altri aspetti saranno i principali vincitori e vinti.