Роботы-гуманоиды перешли из лабораторного в массовое коммерческое производство, и баланс между легкостью и прочностью конструкции стал основной проблемой.

 
Алюминий — металлический материал, сочетающий в себе легкость, высокую прочность и коррозионную стойкость. Он находит широкое применение в таких ключевых деталях, как суставы, скелеты, системы трансмиссии и корпуса человекоподобных роботов.

 
По состоянию на конец 2024 года мировой спрос наалюминиевые сплавыв отрасли человекоподобных роботов произошел рост на 62% в годовом исчислении, что стало еще одной взрывоопасной областью применения алюминия после новых энергетических транспортных средств.

 
Комплексные характеристики алюминиевого сплава делают его предпочтительным металлическим материалом для гуманоидных роботов. Его плотность составляет всего одну треть от плотности стали, но он может достигать прочности, сравнимой с некоторыми сталями, за счет соотношения легирования и оптимизации процесса. Например, удельная прочность (соотношение прочности и плотности) авиационного алюминия 7 серии (7075-T6) может достигать 200 МПа/(г/см³), что превосходит большинство инженерных пластиков, и хорошо работает в рассеивании тепла и электромагнитном экранировании.

 
В итерации Tesla Optimus-Gen2 скелет конечности уменьшен на 15% с использованием алюминиево-магниевого сплава, при этом сохраняется структурная жесткость за счет оптимизации топологии конструкции; робот Atlas от Boston Dynamics использует высокопрочный алюминий для создания компонентов трансмиссии коленного сустава, чтобы справляться с воздействием высокочастотных скачков. Кроме того, система охлаждения Ubiquitous Walker X использует литой алюминиевый корпус, который использует высокую теплопроводность алюминия (около 200 Вт/м · К) для достижения эффективного терморегулирования.
В настоящее время технологическое развитие алюминия в области человекоподобных роботов продолжает ускоряться, и в различных звеньях отраслевой цепочки произошло множество прорывов:

1. Скачок производительности высокой силыалюминиевый сплавматериалы
После выпуска алюминиево-кремниевого сплава с пределом прочности на разрыв 450 МПа в сентябре 2024 года Lizhong Group (300428) получила сертификат аэрокосмического класса для своего алюминиевого сплава серии 7xxx, специально разработанного для роботов в январе 2025 года. Этот материал увеличил свой предел текучести до 580 МПа за счет технологии микролегирования, сохранив при этом коэффициент удлинения 5%, и был успешно применен в модуле биомиметического коленного сустава Fourier Intelligence, снизив вес на 32% по сравнению с традиционными решениями из титанового сплава. Полностью алюминиевый материал корпуса колонны, разработанный Mingtai Aluminum Industry (601677), использует технологию формования методом распылительного осаждения для увеличения теплопроводности алюминиевого материала радиатора до 240 Вт/(м · К) и поставляется оптом в качестве приводной системы для гуманоидного робота H1 компании Yushu Technology.

 
2. Прорыв промышленного уровня в технологии комплексного литья под давлением
Первая в мире двухпластинная линия суперлитья под давлением 9800T, введенная в эксплуатацию корпорацией Wencan Corporation (603348) на ее базе в Чунцине, сократила цикл производства скелетов гуманоидных роботов с 72 до 18 часов. Разработанный ею биомиметический компонент скелета позвоночника был оптимизирован с помощью топологического проектирования, что позволило сократить количество точек сварки на 72%, достигнув структурной прочности 800 МПа и сохранив выход годного более 95%. Эта технология получила заказы от североамериканских клиентов, а в настоящее время строится завод в Мексике. Guangdong Hongtu (002101) разработала тонкостенную литой алюминиевый корпус с толщиной стенки всего 1,2 мм, но достигающую ударопрочности 30 кН, которая применяется к конструкции защиты груди Uber Walker X.

3. Инновации в области точной обработки и функциональной интеграции
Nanshan Aluminum Industry (600219) в сотрудничестве с Национальным инженерным центром легких сплавов при Шанхайском университете Цзяотун выпустит наноармированные композитные материалы на основе алюминия в феврале 2025 года. Этот материал укреплен путем диспергирования наночастиц карбида кремния, что снижает коэффициент теплового расширения до 8 × 10 ⁻⁶/℃, успешно решая проблему дрейфа точности, вызванную неравномерным рассеиванием тепла серводвигателей. Он был внедрен в цепочку поставок Tesla Optimus Gen3. Слой электромагнитного экранирования из алюминиево-графенового композита, разработанный Yinbang Co., Ltd. (300337), имеет эффективность экранирования 70 дБ в диапазоне частот 10 ГГц и толщину всего 0,25 мм, которая применяется к массиву датчиков головы Boston Dynamics Atlas.

 
4. Низкоуглеродный прорыв в технологии переработки переработанного алюминия
Недавно построенная линия по очистке переработанного алюминия электронного класса от Aluminum Corporation of China (601600) может контролировать содержание примесей меди и железа в отходах алюминия ниже 5 ppm и сократить углеродный след произведенного переработанного алюминия на 78% по сравнению с первичным алюминием. Эта технология сертифицирована Законом ЕС о ключевых сырьевых материалах и, как ожидается, будет поставлять алюминиевые материалы, соответствующие LCA (полный жизненный цикл), для роботов Zhiyuan, начиная со второго квартала 2025 года.

5. Интеграция и применение междисциплинарных технологий
В расширении сценариев аэрокосмического уровня биомиметическая сотовая алюминиевая структура, разработанная Beijing Iron Man Technology, была проверена Харбинским технологическим институтом, что позволило снизить вес туловища двуногого робота на 30% и увеличить его жесткость на изгиб на 40%. В конструкции используется авиационный алюминий 7075-T6, а удельная жесткость достигает 12 ГПа · м³/кг за счет биомиметического дизайна. Планируется использовать ее для робота по обслуживанию космической станции, который будет запущен в четвертом квартале 2025 года.

 
Эти технологические прорывы способствуют увеличению использования алюминия в качестве отдельной машины для человекоподобных роботов с 20 кг/единицу в 2024 году до 28 кг/единицу в 2025 году, а премиальная ставка на высококачественный алюминий также выросла с 15% до 35%.

 
С реализацией «Руководящих мнений по инновационному развитию индустрии гуманоидных роботов» Министерством промышленности и информационных технологий инновации алюминиевых материалов в областях легкой и функциональной интеграции продолжат ускоряться. В июле 2024 года Министерство промышленности и информационных технологий опубликовало «Руководящие мнения по инновационному развитию индустрии гуманоидных роботов», в которых четко обозначена цель «прорыва в области легких материалов и точных производственных процессов», а также включена технология точной формовки алюминиевых сплавов в список ключевых исследований и разработок.

 
На местном уровне в ноябре 2024 года Шанхай создаст специальный фонд в размере 2 млрд юаней для поддержки исследований и индустриализации основных материалов для человекоподобных роботов, включая высокопроизводительные алюминиевые материалы.

 
В академической сфере «биомиметическая сотовая алюминиевая структура», совместно разработанная Харбинским технологическим институтом и Китайским институтом исследований алюминия, была валидирована в январе 2025 года. Эта структура может снизить вес туловища робота на 30% и повысить жесткость на изгиб на 40%. Соответствующие достижения вошли в стадию патентной индустриализации.

По данным Института робототехники GGII, мировое потребление алюминия для гуманоидных роботов составит около 12000 тонн в 2024 году, а размер рынка составит 1,8 млрд юаней. Если предположить, что потребление алюминия одним гуманоидным роботом составляет 20-25 кг (что составляет 30% -40% от общего веса машины), исходя из предполагаемой мировой поставки в 5 миллионов единиц к 2030 году, спрос на алюминий вырастет до 100000-125000 тонн, что соответствует размеру рынка примерно 15-18 млрд юаней, с годовым темпом роста в 45%.

 
Что касается цены, то со второй половины 2024 года премиальная ставка на высококачественные алюминиевые материалы для роботов (такие как авиационные алюминиевые пластины и литой алюминий с высокой теплопроводностью) выросла с 15% до 30%. Цена за единицу некоторых индивидуальных изделий превышает 80000 юаней/тонну, что значительно выше средней цены на промышленные алюминиевые материалы (22000 юаней/тонну).

 
Поскольку человекоподобные роботы итерируются со скоростью более 60% в год, алюминий с его зрелой промышленной цепочкой и постоянно оптимизируемой производительностью переходит от традиционного производства к пути с высокой добавленной стоимостью. По данным исследовательского института Toubao, с 2025 по 2028 год китайский рынок алюминия для роботов будет составлять 40% -50% доли мирового рынка, а технологические прорывы местных предприятий в области точного литья, обработки поверхности и других аспектов станут ключевыми победителями и проигравшими.