آلیاژ تیتانیوم: دومین اسکلت ربات های انسان نما

روبات‌های انسان‌نما فولاد و آلیاژهای آلومینیوم معمولی را برای اجزای باربر- حذف کرده‌اند. به عنوان "اسکلت دوم"،آلیاژ تیتانیومبا تمام مفاصل ربات کاملاً مناسب است. با داشتن وزن سبک، استحکام بالا و مقاومت عالی در برابر خستگی، تضاد بین کاهش وزن و تحمل بار را حل می‌کند و تولید انبوه و کاربرد تجاری ربات‌های انسان‌نما را هدایت می‌کند.

 

 

 

روبات‌های انسان‌نمای اولیه از فولاد برای اسکلت‌های خود استفاده کردند. در حالی که فولاد استحکام کافی را ارائه می دهد، منجر به وزن کلی بیش از حد می شود - برخی از روبات ها بیش از 150 کیلوگرم وزن دارند. این منجر به عمر باتری کوتاه، فرسودگی و پارگی زیاد موتور شد و حرکات بیونیک پیچیده را غیرممکن کرد.

 

بعداً، صنعت برای کاهش وزن به آلیاژهای آلومینیوم روی آورد که عمدتاً برای پوشش‌های بیرونی بدون بار- استفاده می‌شوند. با این حال، آلیاژهای آلومینیوم دارای کاستی هایی از نظر مقاومت در برابر خستگی و استحکام هستند که آنها را برای اتصالات تحمل کننده{3} نامناسب می کند. آلیاژهای منیزیم در برابر خوردگی و ضربه مقاومت ضعیفی دارند و فیبر کربن مستعد لایه برداری است و تعمیر آن دشوار است. هیچ یک از این مواد نمی توانند به عنوان اسکلت بار اصلی-کار کنند.

 

ربات‌های انسان‌نما به موادی نیاز دارند که وزن سبک، استحکام بالا و مقاومت در برابر خستگی برتر را ترکیب کنند - مجموعه‌ای از خواص که آلیاژ تیتانیوم کاملاً برآورده می‌شود. امروزه، آلیاژ تیتانیوم به ماده استانداردی برای -اسکلت‌های باربر ربات‌های انسان نمای بالا- تبدیل شده است. صنعت به طور گسترده ای یک راه حل ترکیبی را اتخاذ می کند: آلیاژهای آلومینیوم و منیزیم برای پوشش های بیرونی، و آلیاژ تیتانیوم برای سازه های باربر-.

 

 

1. وزن سبک و استحکام بالا

چگالی آن به مراتب کمتر از فولاد است و استحکام ویژه آن بسیار بهتر از آلومینیوم است. اجزای ساخته شده ازTi-6Al-4Vمی تواند به کاهش وزن 40 درصدی دست یابد. پس از استفاده از آلیاژ تیتانیوم، چندین روبات انسان نما وزن کلی کمتر، عمر باتری بیشتر، حرکات انعطاف پذیرتر و کاهش بار موتور را مشاهده می کنند.

 

2. مقاومت فوق العاده در برابر خستگی

از نظر مقاومت در برابر خستگی از فولاد ضد زنگ بهتر عمل می کند و می تواند میلیون ها ضربه مکرر بر روی مفاصل را تحمل کند. این امر ربات ها را قادر می سازد به طور مداوم در تمام ساعات شبانه روز کار کنند، هزینه های تعمیر و نگهداری را کاهش داده و عمر کلی تجهیزات را افزایش می دهد.

 

3. مقاومت در برابر خوردگی و غیر{0}}غناطیسی برای کاربردهای همه کاره

در برابر گریس، رطوبت و خوردگی شیمیایی مقاوم است. غیر مغناطیسی بودن، هیچ تداخلی برای سنسورهای مختلف ایجاد نمی کند. با زیست سازگاری خوب، برای عملیات های صنعتی، مراقبت های خانگی، کمک های پزشکی و اسکلت های بیرونی توانبخشی قابل استفاده است.

 

4. سازگاری با پرینت سه بعدی برای سازه های پیچیده

ساخت افزودنی امکان تشکیل یک-اسکلت توخالی بیونیک را فراهم می کند. بهینه‌سازی توپولوژی وزن را بیشتر کاهش می‌دهد و در عین حال عملکرد بافر و ضد برخورد{2}} را افزایش می‌دهد. دقت بالای ماشینکاری آن هم برای توسعه نمونه اولیه و هم تولید انبوه مناسب است.

 

 

1. مفاصل یاتاقان بار-

آلیاژ تیتانیوم Gr5به طور گسترده در قسمت‌های تحمل کننده استرس{0} اصلی مانند مفاصل لگن، زانو، شانه و مچ پا برای تحمل بارها و ضربه‌ها اعمال می‌شود. برای ربات‌های سنگین-، آلیاژ تیتانیوم مورد استفاده در یک واحد می‌تواند به 6 کیلوگرم برسد که برای کارهای با شدت بالا مانند مونتاژ و جابجایی ایده‌آل است.

 

2. تنه و ستون فقرات

خارهای آلیاژ تیتانیوم متخلخل یکپارچه، جایگزین ساختارهای آلومینیومی مونتاژ شده شده اند و استحکام بدنه را تا 18 درصد افزایش می دهند. آنها می توانند از برخوردها جلوگیری کنند و از اجزای دقیق داخلی محافظت کنند. مواد تیتانیوم اختصاصی داخلی وارد آزمایش نمونه اولیه شده اند.

 

3. اسکلت بیرونی پزشکی

به دلیل زیست سازگاری عالی، آلیاژ تیتانیوم بهترین انتخاب برای اسکلت ربات های توانبخشی و کمک جراحی است. پوشیدن آن بی‌خطر است و هیچ تحریکی ایجاد نمی‌کند.

 

 

در گذشته، هزینه بالای مواد تیتانیوم خام و پردازش دشوار، کاربرد آن در مقیاس بزرگ را محدود می‌کرد. در سال‌های اخیر، ارتقای فناوری زنجیره‌های صنعتی وضعیت را تغییر داده است: فناوری‌های بازیافت و نورد مواد تیتانیوم و همچنین تولید پودر تیتانیوم چاپ سه بعدی، هزینه‌های مرتبط را به نصف کاهش داده‌اند. پردازش یکپارچه همچنین رویه های کاری را ساده می کند و هزینه کلی تولید را به طور پیوسته کاهش می دهد.

 

سال 2026 یک سال حیاتی برای تولید انبوه اسکلت های آلیاژ تیتانیوم برای روبات های انسان نما خواهد بود. شرکت های داخلی مواد و قطعات تیتانیوم یک زنجیره تامین مستقل کامل ساخته اند و جایگزینی داخلی مواد کلیدی را درک می کنند. برآوردهای صنعت نشان می دهد که اندازه بازار آلیاژهای اختصاصی تیتانیوم در سال 2026 از 15 میلیارد یوان فراتر خواهد رفت و نرخ نفوذ اسکلت های آلیاژ تیتانیوم همچنان در حال افزایش است.

 

 

با بلوغ آلیاژهای تیتانیوم جدید و{0}}فناوری‌های تولید کم‌هزینه در آینده، اسکلت‌های تیتانیوم در روبات‌های انسان‌نما مقرون‌به‌صرفه رایج خواهند شد و به روبات‌ها اجازه می‌دهند تا حرکات را انجام دهند و نیرویی را تولید کنند که با انسان‌ها مطابقت دارد. آلیاژ تیتانیوم به عنوان یک ماده بنیادی اصلی، الگوریتم های هوشمند و سخت افزار فیزیکی را پل می کند و به عنوان یک ستون کلیدی برای توسعه صنعت ربات های انسان نما عمل می کند.