Robot hình người đã chuyển từ phòng thí nghiệm sang sản xuất hàng loạt thương mại và việc cân bằng giữa trọng lượng nhẹ và độ bền cấu trúc đã trở thành một thách thức cốt lõi.

 
Là vật liệu kim loại kết hợp giữa trọng lượng nhẹ, độ bền cao và khả năng chống ăn mòn, nhôm đang đạt được sự thâm nhập trên diện rộng vào các bộ phận quan trọng như khớp nối, khung xương, hệ thống truyền động và vỏ của rô-bốt hình người.

 
Tính đến cuối năm 2024, nhu cầu toàn cầu vềhợp kim nhômtrong ngành công nghiệp robot hình người đã tăng vọt 62% so với cùng kỳ năm trước, trở thành một lĩnh vực bùng nổ khác cho các ứng dụng nhôm sau xe năng lượng mới.

 
Hiệu suất toàn diện của hợp kim nhôm khiến nó trở thành vật liệu kim loại được ưa chuộng cho robot hình người. Mật độ của nó chỉ bằng một phần ba thép, nhưng nó có thể đạt được độ bền tương đương với một số loại thép thông qua tỷ lệ hợp kim và tối ưu hóa quy trình. Ví dụ, độ bền riêng (tỷ lệ độ bền/mật độ) của nhôm hàng không series 7 (7075-T6) có thể đạt tới 200 MPa/(g/cm³), vượt trội hơn hầu hết các loại nhựa kỹ thuật và có hiệu suất tản nhiệt và che chắn điện từ tốt.

 
Trong phiên bản Tesla Optimus-Gen2, bộ khung chi của nó được giảm 15% bằng hợp kim nhôm magiê, trong khi vẫn duy trì độ cứng của cấu trúc thông qua thiết kế tối ưu hóa cấu trúc; Robot Atlas của Boston Dynamics sử dụng nhôm có độ bền cao để tạo ra các thành phần truyền động khớp gối để đối phó với tác động của các cú nhảy tần số cao. Ngoài ra, hệ thống làm mát của Ubiquitous Walker X sử dụng vỏ nhôm đúc, tận dụng độ dẫn nhiệt cao của nhôm (khoảng 200 W/m·K) để đạt được hiệu quả quản lý nhiệt.
Hiện nay, quá trình cải tiến công nghệ nhôm trong lĩnh vực robot hình người tiếp tục được đẩy nhanh và nhiều đột phá đã xuất hiện ở nhiều mắt xích khác nhau của chuỗi công nghiệp:

1. Hiệu suất nhảy vọt của cường độ caohợp kim nhômnguyên vật liệu
Tiếp theo việc phát hành hợp kim nhôm silicon có độ bền kéo 450MPa vào tháng 9 năm 2024, Lizhong Group (300428) đã đạt được chứng nhận cấp hàng không vũ trụ cho hợp kim nhôm sê-ri 7xxx được thiết kế riêng cho robot vào tháng 1 năm 2025. Vật liệu này đã tăng cường độ chịu kéo lên 580MPa thông qua công nghệ hợp kim hóa vi mô trong khi vẫn duy trì tỷ lệ giãn dài 5% và đã được ứng dụng thành công vào mô-đun khớp gối mô phỏng sinh học của Fourier Intelligence, giảm trọng lượng 32% so với các giải pháp hợp kim titan truyền thống. Vật liệu thân cột toàn bộ bằng nhôm do Mingtai Aluminum Industry (601677) phát triển áp dụng công nghệ tạo hình phun lắng đọng để tăng độ dẫn nhiệt của vật liệu nhôm tản nhiệt lên 240W/(m · K) và đã được cung cấp số lượng lớn làm hệ thống truyền động cho robot hình người H1 của Yushu Technology.

 
2. Đột phá cấp độ công nghiệp trong công nghệ đúc khuôn tích hợp
Dây chuyền sản xuất đúc khuôn siêu hai tấm 9800T đầu tiên trên thế giới do Wencan Corporation (603348) đưa vào vận hành tại cơ sở Trùng Khánh đã rút ngắn chu kỳ sản xuất bộ xương rô bốt hình người từ 72 giờ xuống còn 18 giờ. Thành phần bộ xương sống mô phỏng sinh học do công ty phát triển đã được tối ưu hóa thông qua thiết kế cấu trúc, giảm 72% điểm hàn, đạt được độ bền kết cấu 800MPa và duy trì tỷ lệ năng suất trên 95%. Công nghệ này đã nhận được đơn đặt hàng từ khách hàng Bắc Mỹ và một nhà máy ở Mexico hiện đang được xây dựng. Guangdong Hongtu (002101) đã phát triển một lớp vỏ nhôm đúc khuôn có thành mỏng với độ dày thành chỉ 1,2mm nhưng đạt khả năng chống va đập 30kN, được áp dụng cho cấu trúc bảo vệ ngực của Uber Walker X.

3. Đổi mới trong gia công chính xác và tích hợp chức năng
Nanshan Aluminum Industry (600219), hợp tác với Trung tâm Kỹ thuật Quốc gia về Hợp kim nhẹ tại Đại học Giao thông Thượng Hải, sẽ tung ra vật liệu composite nền nhôm gia cường nano vào tháng 2 năm 2025. Vật liệu này được gia cường bằng cách phân tán các hạt nano silicon carbide, giảm hệ số giãn nở nhiệt xuống còn 8 × 10 ⁻⁶/℃, giải quyết thành công vấn đề trôi độ chính xác do tản nhiệt không đều của động cơ servo. Nó đã được đưa vào chuỗi cung ứng Tesla Optimus Gen3. Lớp chắn điện từ composite nhôm graphene do Yinbang Co., Ltd. (300337) phát triển có hiệu suất che chắn 70dB trong băng tần 10GHz và độ dày chỉ 0,25mm, được áp dụng cho mảng cảm biến đầu của Boston Dynamics Atlas.

 
4. Đột phá về công nghệ nhôm tái chế ít carbon
Dây chuyền sản xuất tinh chế nhôm tái chế cấp điện tử mới xây dựng của Tổng công ty Nhôm Trung Quốc (601600) có thể kiểm soát hàm lượng tạp chất đồng và sắt trong nhôm thải dưới 5ppm và giảm 78% lượng khí thải carbon của nhôm tái chế được sản xuất so với nhôm nguyên chất. Công nghệ này đã được chứng nhận theo Đạo luật Nguyên liệu thô chính của EU và dự kiến ​​sẽ cung cấp vật liệu nhôm tuân thủ LCA (toàn bộ vòng đời) cho robot Zhiyuan bắt đầu từ quý 2 năm 2025.

5. Tích hợp và ứng dụng công nghệ liên ngành
Trong quá trình mở rộng các kịch bản cấp độ hàng không vũ trụ, cấu trúc nhôm tổ ong sinh học do Công nghệ Người Sắt Bắc Kinh phát triển đã được Viện Công nghệ Cáp Nhĩ Tân kiểm chứng, giảm 30% trọng lượng thân robot hai chân và tăng 40% độ cứng uốn cong. Cấu trúc sử dụng nhôm hàng không 7075-T6 và đạt được độ cứng riêng là 12GPa · m ³/kg thông qua thiết kế sinh học. Dự kiến ​​sẽ sử dụng cho robot bảo trì trạm vũ trụ được phóng vào quý 4 năm 2025.

 
Những đột phá về công nghệ này đang thúc đẩy việc sử dụng nhôm cho một máy móc trong robot hình người từ 20kg/đơn vị vào năm 2024 lên 28kg/đơn vị vào năm 2025 và mức giá cao cấp của nhôm cũng tăng từ 15% lên 35%.

 
Với việc Bộ Công nghiệp và Công nghệ thông tin triển khai “Ý kiến ​​chỉ đạo về phát triển sáng tạo ngành công nghiệp robot hình người”, sự đổi mới của vật liệu nhôm trong lĩnh vực tích hợp chức năng và trọng lượng nhẹ sẽ tiếp tục được đẩy nhanh. Vào tháng 7 năm 2024, Bộ Công nghiệp và Công nghệ thông tin đã ban hành “Ý kiến ​​chỉ đạo về phát triển sáng tạo ngành công nghiệp robot hình người”, trong đó nêu rõ mục tiêu “đột phá vật liệu nhẹ và quy trình sản xuất chính xác”, đồng thời đưa công nghệ tạo hình chính xác hợp kim nhôm vào danh mục nghiên cứu và phát triển trọng điểm.

 
Ở cấp địa phương, Thượng Hải sẽ thành lập một quỹ đặc biệt trị giá 2 tỷ nhân dân tệ vào tháng 11 năm 2024 để hỗ trợ nghiên cứu và công nghiệp hóa các vật liệu cốt lõi cho robot hình người, bao gồm vật liệu nhôm hiệu suất cao.

 
Trong lĩnh vực học thuật, “cấu trúc nhôm tổ ong sinh học” do Viện Công nghệ Cáp Nhĩ Tân và Viện Nghiên cứu Nhôm Trung Quốc hợp tác phát triển đã được xác nhận vào tháng 1 năm 2025. Cấu trúc này có thể giảm 30% trọng lượng thân robot trong khi cải thiện độ cứng uốn cong 40%. Những thành tựu liên quan đã bước vào giai đoạn công nghiệp hóa bằng sáng chế.

Theo Viện Robot GGII, lượng nhôm tiêu thụ toàn cầu cho robot hình người sẽ vào khoảng 12.000 tấn vào năm 2024, với quy mô thị trường là 1,8 tỷ nhân dân tệ. Giả sử lượng nhôm tiêu thụ của một robot hình người là 20-25kg (chiếm 30%-40% tổng trọng lượng của máy), dựa trên ước tính lô hàng toàn cầu là 5 triệu đơn vị vào năm 2030, nhu cầu về nhôm sẽ tăng lên 100.000-125.000 tấn, tương ứng với quy mô thị trường khoảng 15-18 tỷ nhân dân tệ, với tốc độ tăng trưởng kép hàng năm là 45%.

 
Về giá cả, kể từ nửa cuối năm 2024, tỷ lệ phí bảo hiểm của vật liệu nhôm cao cấp cho robot (như tấm nhôm cấp hàng không và nhôm đúc khuôn có độ dẫn nhiệt cao) đã tăng từ 15% lên 30%. Đơn giá của một số sản phẩm tùy chỉnh vượt quá 80.000 nhân dân tệ/tấn, cao hơn đáng kể so với giá trung bình của vật liệu nhôm công nghiệp (22.000 nhân dân tệ/tấn).

 
Khi robot hình người lặp lại với tốc độ hơn 60% mỗi năm, nhôm, với chuỗi công nghiệp trưởng thành và hiệu suất liên tục được tối ưu hóa, đang chuyển từ sản xuất truyền thống sang đường đua có giá trị gia tăng cao. Theo Viện nghiên cứu Toubao, từ năm 2025 đến năm 2028, thị trường nhôm dành cho robot của Trung Quốc sẽ chiếm 40% -50% thị phần toàn cầu và những đột phá về công nghệ của các doanh nghiệp địa phương trong lĩnh vực đúc chính xác, xử lý bề mặt và các khía cạnh khác sẽ trở thành những người chiến thắng và kẻ thua cuộc quan trọng.