หุ่นยนต์ที่มีรูปร่างเหมือนมนุษย์ได้ย้ายจากห้องทดลองมาสู่การผลิตจำนวนมากในเชิงพาณิชย์ และการรักษาสมดุลระหว่างน้ำหนักเบาและความแข็งแกร่งของโครงสร้างได้กลายมาเป็นความท้าทายหลัก

 
เนื่องจากอะลูมิเนียมเป็นวัสดุโลหะที่มีน้ำหนักเบา แข็งแรง และทนทานต่อการกัดกร่อน จึงสามารถแทรกซึมเข้าไปในชิ้นส่วนสำคัญต่างๆ เช่น ข้อต่อ โครงกระดูก ระบบส่งกำลัง และเปลือกของหุ่นยนต์ที่มีรูปร่างเหมือนมนุษย์ได้ในปริมาณมาก

 
ณ สิ้นปี 2567 ความต้องการทั่วโลกโลหะผสมอลูมิเนียมอุตสาหกรรมหุ่นยนต์คล้ายมนุษย์เติบโตถึง 62% เมื่อเทียบเป็นรายปี กลายเป็นอีกหนึ่งสาขาที่มีการเติบโตอย่างรวดเร็วสำหรับการประยุกต์ใช้อลูมิเนียม รองจากยานยนต์พลังงานใหม่

 
ประสิทธิภาพโดยรวมของโลหะผสมอลูมิเนียมทำให้เป็นวัสดุโลหะที่ได้รับความนิยมสำหรับหุ่นยนต์ที่มีรูปร่างเหมือนมนุษย์ ความหนาแน่นของโลหะผสมอลูมิเนียมนี้มีเพียงหนึ่งในสามของเหล็ก แต่สามารถมีความแข็งแรงเทียบเท่าเหล็กบางชนิดได้ โดยพิจารณาจากอัตราส่วนของโลหะผสมและการปรับกระบวนการให้เหมาะสม ตัวอย่างเช่น ความแข็งแรงเฉพาะ (อัตราส่วนความแข็งแรง/ความหนาแน่น) ของอลูมิเนียมการบินซีรีส์ 7 (7075-T6) สามารถสูงถึง 200 MPa/(g/cm ³) ซึ่งดีกว่าพลาสติกวิศวกรรมส่วนใหญ่ และยังมีประสิทธิภาพดีในการกระจายความร้อนและป้องกันแม่เหล็กไฟฟ้าอีกด้วย

 
ใน Tesla Optimus-Gen2 รุ่นใหม่ โครงกระดูกแขนขาจะเล็กลง 15% โดยใช้โลหะผสมอลูมิเนียมแมกนีเซียม ในขณะที่ยังคงความแข็งแกร่งของโครงสร้างไว้ด้วยการออกแบบการปรับให้เหมาะสมของโทโพโลยี หุ่นยนต์ Atlas ของ Boston Dynamics ใช้อลูมิเนียมที่มีความแข็งแรงสูงเพื่อสร้างชิ้นส่วนส่งสัญญาณข้อเข่าเพื่อรับมือกับแรงกระแทกจากการกระโดดความถี่สูง นอกจากนี้ ระบบระบายความร้อนของ Ubiquitous Walker X ยังใช้เปลือกอะลูมิเนียมหล่อขึ้นรูป ซึ่งใช้ประโยชน์จากอลูมิเนียมที่มีค่าการนำความร้อนสูง (ประมาณ 200 W/m·K) เพื่อให้จัดการความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพ
ปัจจุบัน การพัฒนาเทคโนโลยีอลูมิเนียมในด้านหุ่นยนต์ที่มีรูปร่างเหมือนมนุษย์ยังคงเร่งตัวขึ้นเรื่อยๆ และมีความก้าวหน้าหลายประการเกิดขึ้นในหลายส่วนของห่วงโซ่อุตสาหกรรม:

1. การพัฒนาประสิทธิภาพแบบก้าวกระโดดของความแข็งแกร่งสูงโลหะผสมอลูมิเนียมวัสดุ
หลังจากการเปิดตัวโลหะผสมอะลูมิเนียมซิลิกอนที่มีความแข็งแรงในการดึง 450MPa ในเดือนกันยายน 2024 Lizhong Group (300428) ได้รับการรับรองระดับการบินและอวกาศสำหรับโลหะผสมอะลูมิเนียมซีรีส์ 7xxx ที่ออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับหุ่นยนต์ในเดือนมกราคม 2025 วัสดุนี้เพิ่มความแข็งแรงผลผลิตเป็น 580MPa ผ่านเทคโนโลยีไมโครอัลลอยด์ในขณะที่รักษาอัตราการยืดตัว 5% และประสบความสำเร็จในการนำไปใช้กับโมดูลข้อต่อเข่าเลียนแบบชีวภาพของ Fourier Intelligence โดยลดน้ำหนักลง 32% เมื่อเทียบกับโซลูชันโลหะผสมไททาเนียมแบบดั้งเดิม วัสดุตัวคอลัมน์อะลูมิเนียมทั้งหมดที่พัฒนาโดย Mingtai Aluminum Industry (601677) ใช้เทคโนโลยีการขึ้นรูปโดยการพ่นเคลือบเพื่อเพิ่มการนำความร้อนของวัสดุอะลูมิเนียมหม้อน้ำเป็น 240W/(m·K) และได้รับการจัดหาเป็นจำนวนมากในฐานะระบบขับเคลื่อนสำหรับหุ่นยนต์มนุษย์ H1 ของ Yushu Technology

 
2. ความก้าวหน้าระดับอุตสาหกรรมในเทคโนโลยีการหล่อแบบผสมผสาน
สายการผลิตแบบหล่อตายสองแผ่น 9800T แห่งแรกของโลกที่บริษัท Wencan Corporation (603348) เริ่มดำเนินการที่ฐานในเมืองฉงชิ่ง ทำให้รอบการผลิตโครงกระดูกหุ่นยนต์มนุษย์ลดลงจาก 72 ชั่วโมงเหลือเพียง 18 ชั่วโมง ส่วนประกอบโครงกระดูกกระดูกสันหลังเลียนแบบชีวภาพที่บริษัทพัฒนาขึ้นได้รับการปรับให้เหมาะสมผ่านการออกแบบโครงสร้าง ทำให้จุดเชื่อมลดลง 72% มีความแข็งแรงของโครงสร้าง 800MPa และรักษาอัตราผลตอบแทนได้มากกว่า 95% เทคโนโลยีนี้ได้รับคำสั่งซื้อจากลูกค้าในอเมริกาเหนือ และขณะนี้โรงงานในเม็กซิโกกำลังอยู่ระหว่างการก่อสร้าง Guangdong Hongtu (002101) ได้พัฒนาเปลือกอะลูมิเนียมหล่อตายผนังบางที่มีความหนาของผนังเพียง 1.2 มม. แต่ทนต่อแรงกระแทกได้ 30kN ซึ่งนำไปใช้กับโครงสร้างป้องกันหน้าอกของ Uber Walker X

3. นวัตกรรมด้านเครื่องจักรความแม่นยำและการบูรณาการการทำงาน
Nanshan Aluminum Industry (600219) ร่วมมือกับ National Engineering Center for Light Alloys ที่มหาวิทยาลัย Shanghai Jiao Tong จะเปิดตัววัสดุคอมโพสิตอลูมิเนียมเสริมแรงระดับนาโนในเดือนกุมภาพันธ์ 2025 วัสดุนี้ได้รับการเสริมความแข็งแกร่งด้วยการกระจายอนุภาคนาโนซิลิกอนคาร์ไบด์ ลดค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนเหลือ 8 × 10 ⁻⁶/℃ ทำให้สามารถแก้ปัญหาการดริฟท์ความแม่นยำที่เกิดจากการกระจายความร้อนที่ไม่สม่ำเสมอของมอเตอร์เซอร์โวได้สำเร็จ โดยได้นำวัสดุนี้เข้าสู่ห่วงโซ่อุปทานของ Tesla Optimus Gen3 แล้ว ชั้นป้องกันแม่เหล็กไฟฟ้าคอมโพสิตอลูมิเนียมกราฟีนที่พัฒนาโดย Yinbang Co., Ltd. (300337) มีประสิทธิภาพในการป้องกัน 70dB ในย่านความถี่ 10GHz และมีความหนาเพียง 0.25 มม. ซึ่งนำไปใช้กับอาร์เรย์เซ็นเซอร์ส่วนหัวของ Boston Dynamics Atlas

 
4. ความก้าวหน้าด้านคาร์บอนต่ำของเทคโนโลยีอะลูมิเนียมรีไซเคิล
สายการผลิตอะลูมิเนียมรีไซเคิลเกรดอิเล็กทรอนิกส์ที่เพิ่งสร้างใหม่ของบริษัท Aluminum Corporation of China (601600) สามารถควบคุมปริมาณทองแดงและเหล็กเจือปนในอะลูมิเนียมเสียให้ต่ำกว่า 5ppm และลดปริมาณคาร์บอนฟุตพริ้นท์ของอะลูมิเนียมรีไซเคิลที่ผลิตได้ 78% เมื่อเทียบกับอะลูมิเนียมขั้นต้น เทคโนโลยีนี้ได้รับการรับรองโดยพระราชบัญญัติวัตถุดิบหลักของสหภาพยุโรป และคาดว่าจะสามารถจัดหาอะลูมิเนียมที่เป็นไปตามข้อกำหนด LCA (วงจรชีวิตเต็มรูปแบบ) ให้กับหุ่นยนต์ Zhiyuan ได้ตั้งแต่ไตรมาสที่ 2 ปี 2025 เป็นต้นไป

5. การบูรณาการและการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีข้ามสาขาวิชา
ในการขยายสถานการณ์ระดับการบินและอวกาศ โครงสร้างอลูมิเนียมรังผึ้งเลียนแบบชีวภาพที่พัฒนาโดย Beijing Iron Man Technology ได้รับการรับรองจาก Harbin Institute of Technology ว่าช่วยลดน้ำหนักของลำตัวหุ่นยนต์สองขาลง 30% และเพิ่มความแข็งแรงในการดัดงอได้ 40% โครงสร้างนี้ใช้อลูมิเนียมการบิน 7075-T6 และมีความแข็งแรงเฉพาะที่ 12GPa · m ³/kg ผ่านการออกแบบเลียนแบบชีวภาพ มีแผนที่จะใช้กับหุ่นยนต์บำรุงรักษาสถานีอวกาศที่เปิดตัวในไตรมาสที่ 4 ปี 2025

 
ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีเหล่านี้กำลังผลักดันการใช้เครื่องจักรอลูมิเนียมในหุ่นยนต์ที่มีรูปร่างเหมือนมนุษย์จาก 20 กิโลกรัมต่อหน่วยในปี 2567 เป็น 28 กิโลกรัมต่อหน่วยในปี 2568 และอัตราพรีเมียมของอลูมิเนียมระดับไฮเอนด์ก็เพิ่มขึ้นจาก 15% เป็น 35% เช่นกัน

 
ด้วยการดำเนินการตาม "แนวทางความคิดเห็นเกี่ยวกับการพัฒนานวัตกรรมของอุตสาหกรรมหุ่นยนต์มนุษย์" โดยกระทรวงอุตสาหกรรมและเทคโนโลยีสารสนเทศ นวัตกรรมของวัสดุอลูมิเนียมในด้านน้ำหนักเบาและการผสานรวมฟังก์ชันการทำงานจะเร่งตัวขึ้นอย่างต่อเนื่อง ในเดือนกรกฎาคม 2024 กระทรวงอุตสาหกรรมและเทคโนโลยีสารสนเทศได้ออก "แนวทางความคิดเห็นเกี่ยวกับการพัฒนานวัตกรรมของอุตสาหกรรมหุ่นยนต์มนุษย์" ซึ่งระบุเป้าหมายอย่างชัดเจนในการ "ก้าวข้ามวัสดุน้ำหนักเบาและกระบวนการผลิตที่แม่นยำ" และรวมเทคโนโลยีการขึ้นรูปโลหะผสมอลูมิเนียมที่มีความแม่นยำไว้ในรายการวิจัยและพัฒนาที่สำคัญ

 
ในระดับท้องถิ่น เซี่ยงไฮ้จะจัดตั้งกองทุนพิเศษมูลค่า 2 พันล้านหยวนในเดือนพฤศจิกายน 2567 เพื่อสนับสนุนการวิจัยและการนำวัสดุหลักสำหรับหุ่นยนต์ที่มีรูปร่างเหมือนมนุษย์มาใช้ในเชิงอุตสาหกรรม ซึ่งรวมถึงวัสดุอะลูมิเนียมประสิทธิภาพสูงด้วย

 
ในด้านวิชาการ “โครงสร้างอลูมิเนียมรังผึ้งเลียนแบบชีวภาพ” ที่พัฒนาโดยสถาบันเทคโนโลยีฮาร์บินและสถาบันวิจัยอลูมิเนียมแห่งประเทศจีนร่วมกันได้รับการรับรองในเดือนมกราคม 2025 โครงสร้างนี้สามารถลดน้ำหนักของลำตัวหุ่นยนต์ได้ 30% ขณะเดียวกันก็ปรับปรุงความแข็งแรงในการดัดได้ 40% ความสำเร็จที่เกี่ยวข้องได้เข้าสู่ขั้นตอนของการทำให้เป็นอุตสาหกรรมแบบจดสิทธิบัตรแล้ว

ตามข้อมูลของสถาบันหุ่นยนต์ GGII การบริโภคอลูมิเนียมทั่วโลกสำหรับหุ่นยนต์ที่มีรูปร่างเหมือนมนุษย์จะอยู่ที่ประมาณ 12,000 ตันในปี 2024 โดยมีขนาดตลาด 1.8 พันล้านหยวน หากสมมติว่าการบริโภคอลูมิเนียมของหุ่นยนต์ที่มีรูปร่างเหมือนมนุษย์หนึ่งตัวอยู่ที่ 20-25 กิโลกรัม (คิดเป็น 30% -40% ของน้ำหนักรวมของเครื่องจักร) โดยอิงจากการขนส่งทั่วโลกที่คาดว่าจะอยู่ที่ 5 ล้านหน่วยภายในปี 2030 ความต้องการอลูมิเนียมจะเพิ่มขึ้นเป็น 100,000-125,000 ตัน ซึ่งสอดคล้องกับขนาดตลาดประมาณ 15,000-18,000 ล้านหยวน โดยมีอัตราการเติบโตต่อปีแบบทบต้น 45%

 
ในแง่ของราคา ตั้งแต่ช่วงครึ่งหลังของปี 2024 อัตราเบี้ยประกันของวัสดุอลูมิเนียมคุณภาพสูงสำหรับหุ่นยนต์ (เช่น แผ่นอลูมิเนียมเกรดการบินและอลูมิเนียมหล่อที่มีคุณสมบัติการนำความร้อนสูง) เพิ่มขึ้นจาก 15% เป็น 30% ราคาต่อหน่วยของผลิตภัณฑ์ที่กำหนดเองบางรายการเกิน 80,000 หยวน/ตัน ซึ่งสูงกว่าราคาเฉลี่ยของวัสดุอลูมิเนียมอุตสาหกรรม (22,000 หยวน/ตัน) อย่างมาก

 
เนื่องจากหุ่นยนต์มนุษย์มีอัตราการทำซ้ำมากกว่า 60% ต่อปี อลูมิเนียมซึ่งมีห่วงโซ่อุตสาหกรรมที่เติบโตเต็มที่และประสิทธิภาพที่ปรับปรุงอย่างต่อเนื่องจึงกำลังเปลี่ยนผ่านจากการผลิตแบบดั้งเดิมไปสู่การผลิตที่มีมูลค่าเพิ่มสูง ตามข้อมูลของสถาบันวิจัย Toubao ตั้งแต่ปี 2025 ถึง 2028 ตลาดอลูมิเนียมสำหรับหุ่นยนต์ของจีนจะมีส่วนแบ่งการตลาดทั่วโลก 40% -50% และความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีของบริษัทในท้องถิ่นในด้านการขึ้นรูปที่มีความแม่นยำ การเคลือบผิว และด้านอื่นๆ จะกลายเป็นผู้ชนะและผู้แพ้ที่สำคัญ