Humanoïde robots zijn van het laboratorium naar commerciële massaproductie overgestapt, en het vinden van een balans tussen lichtgewicht en structurele sterkte is een belangrijke uitdaging geworden.

 
Aluminium is een metaalmateriaal dat lichtgewicht, zeer sterk en corrosiebestendig is. Het wordt daarom op grote schaal gebruikt in belangrijke onderdelen zoals gewrichten, skeletten, transmissiesystemen en behuizingen van humanoïde robots.

 
Eind 2024 zal de wereldwijde vraag naaraluminiumlegeringenin de humanoïde robotindustrie is met 62% op jaarbasis gegroeid en vormt nu, na nieuwe energievoertuigen, een nieuw explosief gebied voor aluminiumtoepassingen.

 
De uitgebreide prestaties van aluminiumlegering maken het tot het favoriete metaalmateriaal voor humanoïde robots. De dichtheid is slechts een derde van die van staal, maar door de legeringsverhouding en procesoptimalisatie kan het een sterkte bereiken die vergelijkbaar is met die van sommige soorten staal. Zo kan de specifieke sterkte (sterkte-dichtheidsverhouding) van 7-serie luchtvaartaluminium (7075-T6) 200 MPa/(g/cm³) bereiken, wat superieur is aan de meeste technische kunststoffen, en presteert het goed op het gebied van warmteafvoer en elektromagnetische afscherming.

 
In de Tesla Optimus-Gen2-versie is het ledematenskelet met 15% verkleind met behulp van aluminium-magnesiumlegering, terwijl de structurele stijfheid behouden blijft dankzij topologisch geoptimaliseerd ontwerp; de Atlas-robot van Boston Dynamics gebruikt hoogwaardig aluminium om transmissiecomponenten voor het kniegewricht te creëren die de impact van hoogfrequente sprongen opvangen. Bovendien maakt het koelsysteem van de Ubiquitous Walker X gebruik van een gegoten aluminium behuizing, die de hoge thermische geleidbaarheid van aluminium (ongeveer 200 W/m·K) benut voor een efficiënt thermisch beheer.
Momenteel blijft de technologische iteratie van aluminium op het gebied van humanoïde robots zich versnellen en zijn er in verschillende schakels van de industriële keten meerdere doorbraken opgetreden:

1. Prestatiesprong van hoge sterktealuminiumlegeringmaterialen
Na de introductie van aluminiumsiliciumlegering met een treksterkte van 450 MPa in september 2024, heeft Lizhong Group (300428) in januari 2025 de certificering voor lucht- en ruimtevaartkwaliteit verkregen voor zijn 7xxx-serie aluminiumlegering, speciaal ontworpen voor robots. Dit materiaal heeft zijn vloeigrens verhoogd tot 580 MPa door middel van microlegeringstechnologie, met behoud van een rekpercentage van 5%. Het is met succes toegepast in de biomimetische kniegewrichtsmodule van Fourier Intelligence, waardoor het gewicht met 32% is verlaagd ten opzichte van traditionele titaniumlegeringen. De volledig aluminium kolombehuizing, ontwikkeld door Mingtai Aluminum Industry (601677), maakt gebruik van sproeidepositietechnologie om de thermische geleidbaarheid van het aluminium radiatormateriaal te verhogen tot 240 W/(m·K) en is in bulk geleverd als aandrijfsysteem voor de H1 humanoïde robot van Yushu Technology.

 
2. Doorbraak op industrieel niveau in geïntegreerde spuitgiettechnologie
's Werelds eerste 9800T tweeplaten superspuitgietproductielijn, in gebruik genomen door Wencan Corporation (603348) in haar vestiging in Chongqing, heeft de productiecyclus van humanoïde robotskeletten verkort van 72 uur naar 18 uur. Het door hen ontwikkelde biomimetische wervelkolomskelet is geoptimaliseerd door middel van topologisch ontwerp, waardoor het aantal laspunten met 72% is verminderd, een structurele sterkte van 800 MPa is bereikt en een vloeigrens van meer dan 95% is gehandhaafd. Deze technologie heeft orders ontvangen van Noord-Amerikaanse klanten en er is momenteel een fabriek in Mexico in aanbouw. ​​Guangdong Hongtu (002101) heeft een dunwandige spuitgietaluminium behuizing ontwikkeld met een wanddikte van slechts 1,2 mm, maar met een slagvastheid van 30 kN, die wordt toegepast op de borstbeschermingsstructuur van de Uber Walker X.

3. Innovatie in precisiebewerking en functionele integratie
Nanshan Aluminum Industry (600219) brengt in februari 2025, in samenwerking met het National Engineering Center for Light Alloys van de Shanghai Jiao Tong University, nanoversterkte composietmaterialen op basis van aluminium uit. Dit materiaal wordt versterkt door de verspreiding van siliciumcarbidenanodeeltjes, waardoor de thermische uitzettingscoëfficiënt wordt verlaagd tot 8 × 10 ⁻⁶/℃, wat het nauwkeurigheidsdriftprobleem veroorzaakt door ongelijkmatige warmteafvoer van servomotoren succesvol oplost. Het is geïntroduceerd in de toeleveringsketen van Tesla Optimus Gen3. De elektromagnetische afschermlaag van aluminiumgrafeencomposiet, ontwikkeld door Yinbang Co., Ltd. (300337), heeft een afschermingsrendement van 70 dB in de 10GHz-frequentieband en een dikte van slechts 0,25 mm, en wordt toegepast op de hoofdsensorarray van Boston Dynamics Atlas.

 
4. Doorbraak in koolstofarme technologie van gerecycled aluminium
De nieuw gebouwde elektronische productielijn voor de zuivering van gerecycled aluminium van Aluminum Corporation of China (601600) kan het gehalte aan koper- en ijzerverontreinigingen in afvalaluminium beperken tot minder dan 5 ppm en de CO2-voetafdruk van het geproduceerde gerecyclede aluminium met 78% verminderen ten opzichte van primair aluminium. Deze technologie is gecertificeerd volgens de Key Raw Materials Act van de EU en zal naar verwachting vanaf het tweede kwartaal van 2025 LCA-conforme (volledige levenscyclus) aluminiummaterialen leveren aan Zhiyuan-robots.

5. Integratie en toepassing van technologie tussen verschillende disciplines
In de uitbreiding van scenario's op ruimtevaartniveau is de biomimetische honingraatstructuur van aluminium, ontwikkeld door Beijing Iron Man Technology, geverifieerd door het Harbin Institute of Technology. De constructie heeft het gewicht van de romp van de tweevoetige robot met 30% verminderd en de buigstijfheid met 40% verhoogd. De structuur is gemaakt van 7075-T6 luchtvaartaluminium en bereikt een specifieke stijfheid van 12 GPa · m ³/kg dankzij een biomimetisch ontwerp. De bedoeling is om de structuur te gebruiken voor de onderhoudsrobot voor het ruimtestation die in het vierde kwartaal van 2025 wordt gelanceerd.

 
Deze technologische doorbraken zorgen ervoor dat het gebruik van aluminium in humanoïde robots per enkele machine stijgt van 20 kg/eenheid in 2024 naar 28 kg/eenheid in 2025. Bovendien is het premiumtarief voor hoogwaardig aluminium gestegen van 15% naar 35%.

 
Met de implementatie van de "Richtlijnen voor Innovatieve Ontwikkeling van de Humanoïde Robotindustrie" door het Ministerie van Industrie en Informatietechnologie zal de innovatie van aluminiummaterialen op het gebied van lichtgewicht en functionele integratie blijven versnellen. In juli 2024 publiceerde het Ministerie van Industrie en Informatietechnologie de "Richtlijnen voor Innovatieve Ontwikkeling van de Humanoïde Robotindustrie", waarin het doel van "het doorbreken van lichtgewicht materialen en nauwkeurige productieprocessen" duidelijk werd gesteld en precisievormtechnologie van aluminiumlegeringen werd opgenomen in de lijst met belangrijke onderzoeks- en ontwikkelingsprojecten.

 
Op lokaal niveau zal Shanghai in november 2024 een speciaal fonds van 2 miljard yuan oprichten ter ondersteuning van onderzoek en industrialisatie van kernmaterialen voor humanoïde robots, waaronder hoogwaardige aluminiummaterialen.

 
Op academisch gebied werd de "biomimetische honingraatstructuur van aluminium", gezamenlijk ontwikkeld door het Harbin Institute of Technology en het China Aluminum Research Institute, in januari 2025 gevalideerd. Deze structuur kan het gewicht van de robotromp met 30% verminderen en de buigstijfheid met 40% verbeteren. De hiermee samenhangende resultaten hebben de fase van patentindustrialisatie bereikt.

Volgens het GGII Institute of Robotics zal de wereldwijde aluminiumconsumptie voor humanoïde robots in 2024 ongeveer 12.000 ton bedragen, met een marktwaarde van 1,8 miljard yuan. Ervan uitgaande dat de aluminiumconsumptie van een humanoïde robot 20-25 kg bedraagt ​​(goed voor 30%-40% van het totale gewicht van de machine), gebaseerd op de geschatte wereldwijde levering van 5 miljoen stuks in 2030, zal de vraag naar aluminium stijgen tot 100.000-125.000 ton, wat overeenkomt met een marktwaarde van ongeveer 15-18 miljard yuan, met een samengestelde jaarlijkse groei van 45%.

 
Wat de prijs betreft, is de premie voor hoogwaardige aluminiummaterialen voor robots (zoals aluminium platen van luchtvaartkwaliteit en spuitgietaluminium met hoge thermische geleidbaarheid) sinds de tweede helft van 2024 gestegen van 15% naar 30%. De eenheidsprijs van sommige op maat gemaakte producten bedraagt ​​meer dan 80.000 yuan/ton, aanzienlijk hoger dan de gemiddelde prijs van industriële aluminiummaterialen (22.000 yuan/ton).

 
Nu humanoïde robots met een snelheid van meer dan 60% per jaar itereren, maakt aluminium, met zijn volwassen industriële keten en continu geoptimaliseerde prestaties, de transitie van traditionele productie naar een proces met hoge toegevoegde waarde. Volgens het Toubao Research Institute zal de Chinese aluminiummarkt voor robots tussen 2025 en 2028 goed zijn voor 40% tot 50% van het wereldwijde marktaandeel, en zullen de technologische doorbraken van lokale bedrijven op het gebied van precisiegieten, oppervlaktebehandeling en andere aspecten de belangrijkste winnaars en verliezers zijn.