최근에는 생성 인공지능 기술의 획기적인 발전으로 인해 휴머노이드 로봇 산업이 주목을 받고 있습니다. Tesla, Huawei, Xiaomi, Tencent, Yushuo Technology를 포함한 국내외 기술 기업들이 모두 이 분야에 진출하여 노력을 강화하고 있습니다.

업계 분석 보고서에 따르면 2023년 중국 휴머노이드 로봇 산업은 폭발적인 성장기에 돌입해 시장 규모가 전년 대비 85.7% 증가한 39억1000만 위안에 달했다. 휴머노이드 로봇 산업은 2024년과 2025년에도 계속해서 급격한 성장을 이어갈 것으로 예상되며, 2026년에는 중국 휴머노이드 로봇 산업 시장 규모가 200억 위안을 넘어설 것으로 예상된다.

(울스로보틱스)

로봇 몸체의 경량화기술은 제한된 공간에서 인간과 로봇의 긴밀한 협력, 공동 작업 중 안전을 보장하여 기계 부상을 방지하고 로봇의 이동성과 유연성을 향상시키는 등의 문제를 다루는 핵심 연구 분야 중 하나입니다.

팔다리의 골격 구조는 휴머노이드 로봇의 다양한 움직임을 지탱하는 기본 뼈대 역할을 한다. 적용 시나리오에는 쉘 재료, 척추, 팔뚝, 팔뚝, 허벅지, 다리 아래 및 기타 구조 구성 요소가 포함됩니다. 사용되는 일반적인 재료에는 강철, 알루미늄 합금, 마그네슘 합금, 탄소 섬유 및 폴리머 재료가 포함됩니다. 경량화 추세에 따라 '강철을 플라스틱으로 대체'하는 것이 휴머노이드 로봇 제조에 있어 화두가 됐다.

이 글에서는 휴머노이드 로봇에 일반적으로 사용되는 고분자 재료 8가지를 소개합니다.

1. 폴리에테르에테르케톤(PEEK)
2024년 초, Tesla는 경량 소재인 PEEK 덕분에 성능 저하 없이 무게를 10kg 줄이고 보행 속도를 30% 증가시킨 Optimus-Gen2 휴머노이드 로봇을 선보였습니다. PEEK는 휴머노이드 로봇 생산에 사용되는 핵심 원자재 중 하나입니다.

PEEK(Polyetheretherketone)은 주쇄 구조에 케톤기 1개와 에테르기 2개를 포함하는 반복단위로 구성된 고성능 고분자입니다. 스페셜티 폴리머로 분류되며, 엔지니어링 플라스틱 중 전체적인 성능과 제품가치가 가장 높은 소재 중 하나입니다.

PEEK는 광범위한 특성을 가지고 있습니다. 강성 측면에서 대부분의 다른 특수 엔지니어링 플라스틱을 능가하는 동시에 인성, 기계적 강도 및 탁월한 열, 마모 및 부식 저항성을 제공합니다.

높은 비강도와 낮은 밀도를 갖춘 PEEK는 강도 요구 사항을 충족하면서 재료의 무게를 크게 줄일 수 있어 경량 응용 분야에 이상적인 솔루션입니다. 이는 "강철을 대체하는 플라스틱" 응용분야에 대한 산업 부문에서 광범위한 잠재력을 가지고 있습니다.

차트: PEEK는 물리적, 화학적 특성에서 상당한 이점을 가지고 있습니다.

PEEK는 탄소섬유, 유리섬유 등의 소재와 복합되어 전체적인 성능을 향상시킬 수 있습니다. 탄소 섬유의 높은 인장 강도와 탄성 계수를 활용하는 탄소 섬유 강화 PEEK 소재는 향상된 인성, 내충격성, 비강도 및 열 안정성을 나타냅니다. 이러한 특성으로 인해 로봇 팔, 관절 연결 장치 및 기타 구성 요소에 적용하기에 적합하며 휴머노이드 로봇에 상당한 잠재력이 있습니다.

휴머노이드 로봇 수요가 천만 대에 달할 것으로 예상되는 가운데, 경량 솔루션에 PEEK를 사용하면 PEEK 수요가 추가로 105,000톤 증가하여 PEEK 시장 규모가 525억 위안에 달할 것으로 예상됩니다.

차트: PEEK 시장 휴머노이드 로봇의 잠재력

2. 폴리아미드(PA)
Ensta ParisTech과 프랑스 Flowers Lab이 디자인한 로봇 Poppy는 모터와 전자 회로를 제외한 모든 부품을 SLS(선택적 레이저 소결) 기술을 사용하여 3D 프린팅했으며 재료는 폴리아미드(PA)입니다.

폴리아미드(PA)라고도 알려진 나일론은 분자 골격에 반복되는 아미드 그룹(NHCO)이 있는 열가소성 수지의 일반적인 용어입니다. 다양한 산업 전반에 걸쳐 널리 사용되며, 5대 엔지니어링 플라스틱 중 가장 일반적으로 사용되는 유형입니다. 나일론은 밀도가 낮고 기계적 강도가 높으며 강성, 경도 및 인성이 우수하며 내노화성이 우수하고 진동 감쇠 특성이 우수하며 미끄럼 특성이 우수하고 내마모성이 우수하며 가공성이 우수합니다. 또한 가공 중 정밀한 제어가 가능하며 크리프가 없고 내마모 성능이 뛰어나며 치수 안정성도 좋습니다. 가장 큰 단점은 높은 수분 흡수율입니다.

3. PC/ABS
소프트뱅크그룹이 개발한 휴머노이드 로봇 나오(NAO)는 폴리카보네이트-ABS 플라스틱, 폴리아미드, 탄소섬유 강화 열가소성 소재를 주재료로 사용한다.

ABS 엔지니어링 플라스틱은 PC+ABS(엔지니어링 플라스틱 합금)로도 알려져 있으며, 화학산업에서는 흔히 플라스틱 합금으로 불린다. PC+ABS라는 이름은 PC수지의 우수한 내열성, 내후성, 치수안정성, 내충격성과 ABS수지의 뛰어난 가공유동성을 결합한 소재이기 때문입니다. 그 결과, 벽이 얇고 형상이 복잡한 제품에 사용되며, 에스테르로 구성된 플라스틱 재료의 우수한 성능과 성형성을 모두 유지합니다.

ABS 엔지니어링 플라스틱의 가장 큰 단점은 무게가 무겁고 열전도율이 낮다는 것입니다. 성형 온도는 두 모재 사이의 온도 범위(일반적으로 약 240~265°C)에 따라 결정됩니다. 온도가 너무 높으면 ABS가 분해되고, 너무 낮으면 PC재질의 유동성이 부족해집니다.