Material clave para robots humanoides: Polímero PEEK

El mes pasado, Tesla publicó el último video de su robot humanoide, Optimus-Gen2, mostrando los avances en sus manos hábiles. Elon Musk planea comenzar la producción a pequeña escala de Optimus en 2025 para uso interno de Tesla, con la producción en masa esperada para 2026 para su venta a otros clientes. 

Se anticipa que la construcción ligera se convertirá en un enfoque clave para los robots humanoides en el futuro. El robot humanoide de segunda generación Optimus-Gen2 de Tesla ha reducido su peso en 10 kilogramos sin comprometer el rendimiento, gracias principalmente a un material ligero: el PEEK. Este material se utiliza ampliamente en las articulaciones, extremidades, cuerpo y estructura esquelética de los robots humanoides de Tesla. Sus propiedades ligeras ayudan a reducir el peso total del robot, mejorando la eficiencia energética y la flexibilidad, convirtiéndolo en una solución clave para robots humanoides ligeros.

1. Visión general de la industria del material PEEK

Los materiales ligeros comunes para robots incluyen aleaciones de magnesio, aleaciones de aluminio, compuestos de fibra de carbono y plásticos de ingeniería. En el contexto de "reemplazar el acero por plásticos" y "aligerar", el PEEK (Polieteroetercetona), un nuevo polímero de alto rendimiento, ha reemplazado gradualmente los metales en aplicaciones de gama media y alta debido a sus excepcionales propiedades. Como un plástico de ingeniería de primer nivel, el PEEK ofrece resistencia a altas temperaturas, resistencia al desgaste, resistencia a la corrosión y propiedades autolubricantes. También tiene una excelente resistencia al aislamiento y a los productos químicos en comparación con los metales comunes. Con una densidad aproximadamente la mitad de la de las aleaciones de aluminio, el PEEK permite una construcción ligera mientras mantiene una alta resistencia y rigidez. Las principales áreas de aplicación incluyen la aeroespacial, la electrónica, la robótica, la automotriz, la energía y la atención médica. Si bien la aeroespacial tiene actualmente la mayor cuota de mercado, se espera que los robots humanoides se conviertan en una de las áreas de aplicación de más rápido crecimiento.

2. Aplicaciones del PEEK en robots humanoides

Según los datos divulgados públicamente, los robots de Tesla, Ubtech y Unitree tienen un peso promedio de alrededor de 58 kilogramos. Para cada robot, se utiliza aproximadamente 1 kg de PEEK puro en los engranajes y articulaciones, y 8 kg de CF/PEEK (PEEK reforzado con fibra de carbono) en las extremidades, con un consumo total estimado de PEEK de 6.6 kg por robot.

Componentes clave de robots humanoides que utilizan PEEK:

Engranajes de PEEK: Utilizados en articulaciones y extremidades, proporcionando una transmisión y soporte estables.

Cojinetes de PEEK: Se encuentran en articulaciones y otras posiciones, ofreciendo una excelente resistencia al desgaste y autolubricación para reducir la fricción y el desgaste, mejorando la vida útil del robot.

Esqueletos de PEEK: Aplicados en el torso y la estructura de las extremidades, los esqueletos de PEEK pesan un 40% menos que las alternativas metálicas, manteniendo una resistencia y rigidez suficientes para satisfacer los requisitos de carga y flexibilidad.

3, El PEEK es un tipo de resina sintética. Su cadena de suministro incluye:

Materia Prima Upstream:

Las principales materias primas incluyen fluorocetona (la más crítica), hidroquinona, sulfonato de difenilo y carbonato de sodio, con aditivos como fibra de carbono, fibra de vidrio y PTFE.

Fluorocetona (DFBP): Representa más de la mitad del costo de la materia prima y es crucial para la síntesis del PEEK, con un proceso de producción complejo. Se requieren aproximadamente entre 0.7 y 0.8 toneladas de monómero de fluorocetona para producir 1 tonelada de PEEK. A nivel global, aparte de la capacidad de producción limitada en el Reino Unido e India, la mayor parte de la producción de fluorocetona está concentrada en China. Se espera que, para 2025, la capacidad total de producción de fluorocetona en China alcance las 13,700 toneladas.

Otras Materias Primas: La hidroquinona contribuye alrededor del 15% al costo de las materias primas, y el carbonato de sodio solo el 1%. La fibra de carbono, la fibra de vidrio y el PTFE representan aproximadamente el 20% del costo de los productos compuestos de PEEK.

Producción de PEEK en la Fase Intermedia:

La producción de PEEK presenta altas barreras de entrada debido a los complejos procesos de fabricación y los requisitos técnicos especializados. La estricta protección de la propiedad intelectual y la tecnología por parte de líderes globales como Victrex, Solvay y Evonik crea desafíos significativos para los nuevos participantes. Actualmente, solo cuatro empresas a nivel mundial—Victrex (Reino Unido), Solvay (Bélgica), Evonik (Alemania) y Zhongyan Polymer Materials de China—han logrado escalas de producción de miles de toneladas.

En China, empresas nacionales como Zhongyan Polymer Materials, ARKPEEK y Zhejiang Pengfulong han ido desarrollando gradualmente sus tecnologías, rompiendo los monopolios internacionales. Los precios del PEEK en China son significativamente más bajos que los niveles internacionales, lo que impulsa el crecimiento de la demanda y las oportunidades de exportación. Muchos productos de PEEK chinos ahora cumplen con los estándares internacionales y ofrecen ventajas de costos debido a menores costos de materias primas y mano de obra.

Aplicaciones Downstream:

Impulsado por la creciente demanda en robótica, aeroespacial, automotriz y otros sectores, el uso del PEEK se está expandiendo hacia aplicaciones especializadas de alto nivel. Se espera que campos emergentes como los robots humanoides y las economías de baja altitud generen una fuerte demanda de materiales PEEK, lo que ofrece un amplio potencial de aplicación en China.

Las propiedades ligeras y de alto rendimiento del PEEK, junto con los avances en las capacidades de producción nacionales, lo posicionan como un material transformador para las tecnologías del futuro, incluidos los robots humanoides.