Robot de transpiration? Progrès rapide dans la robotique bionique avec les muscles d'art du myofibre et les systèmes de refroidissement squelettique

Robots humanoïdes et leur rôle clé dans la prochaine transformation technologique

Le développement rapide de la robotique humanoïde est sur le seuil d'un changement de paradigme, ce qui apportera non seulement des changements sociaux technologiques mais aussi profonds. Nous sommes au début d'une époque où les robots humanoïdes ne font plus l'objet de laboratoires de science-fiction et de recherche, mais nous entrent de plus en plus dans notre vie quotidienne, notre monde de travail et notre paysage technologique mondial. Les progrès dans ce domaine sont si dynamiques qu'ils transforment non seulement les industries, mais aussi repenser les marchés du travail et intensifier la rivalité technologique internationale, en particulier entre la Chine et les Nations occidentales.

Les dix dernières années ont connu une accélération remarquable dans la robotique humanoïde. Innovations dans la conception biomimétique, l'intégration de l'intelligence artificielle et des considérations géopolitiques stratégiques sont les moteurs de ce développement. Ce qui était autrefois considéré comme une vision futuriste, à savoir les robots de type humain qui peuvent prendre des tâches complexes et interagir avec nous, est maintenant à portée de main. Cette transformation est rendue possible par des percées dans les systèmes de squelettes musculaires synthétiques, les actionneurs alimentés par fluide et les systèmes de gestion de la chaleur adaptatifs. Ces technologies ont développé des robots humanoïdes de curieux prototypes de laboratoire en une technologie qui s'apprête à entrer sur le marché.

Les progrès sont visibles dans différents domaines. Des entreprises comme Clone Robotics avec leur protoclone V1 démontrent de manière impressionnante les possibilités des dernières conceptions biomimétiques. Dans le même temps, les initiatives financées par l'État, comme on peut le observer chez Unterree Robotics, conduisent le développement dans un critère encore plus grand. Dans le même temps, les systèmes de refroidissement innovants montrent comment ils sont utilisés dans des robots tels que Kengoro et Andi que le réalisme fonctionnel en robotique devient de plus en plus important. Ces systèmes de refroidissement basés sur le principe de la transpiration humaine permettent aux robots de travailler plus longtemps et plus efficacement, même dans des conditions exigeantes.

Bionique ou biomimétique: apprendre de la nature pour les technologies innovantes

Un terme central dans le contexte de la robotique humanoïde est la biomimétique, également appelée bionik ou biomimikry. Cette discipline décrit l'approche de la conception de systèmes, de matériaux ou de processus techniques basés sur le modèle de la nature. La nature a produit une immense variété de structures, de fonctions et de mécanismes au cours de millions d'évolution, qui sont souvent étonnamment efficaces et élégantes. La biomimétique utilise cette expertise évolutive comme source d'inspiration pour les innovations technologiques.

L'idée de base des biomimétiques est d'analyser les phénomènes naturels et de comprendre les principes sous-jacents. Ces principes sont ensuite transférés vers des problèmes techniques pour développer des solutions nouvelles et améliorées. L'avantage de cette approche est qu'il est basé sur des solutions éprouvées et optimisées de la nature, qui se sont révélées dans des environnements réels sur de longues périodes.

Il existe d'innombrables exemples de développements biomimétiques qui sont utilisés dans divers domaines de la technologie et de la science. Certains exemples particulièrement pertinents dans le contexte de la robotique sont:

Muscles d'art myofibre

Ces actionneurs innovants sont inspirés de la structure et du fonctionnement des muscles humains. Ils permettent aux robots des mouvements lisses et naturels et ouvrent de nouvelles opportunités pour des habiletés motrices fines et des mouvements dynamiques.

Systèmes de refroidissement squelettique

Des robots comme Kengoro utilisent un système de refroidissement qui est modélisé sur la transpiration humaine. En raison de l'évaporation du liquide sur une structure squelettique poreuse, la chaleur est efficacement dissipée, ce qui augmente le temps de fonctionnement et les performances des robots.

Formes plus légères de l'avion

L'aérodynamique des ailes d'oiseaux et des nageoires de baleines a contribué de manière significative au développement de formes d'ailes plus efficaces pour les avions. Grâce à l'imitation des conceptions naturelles, les avions peuvent économiser du carburant et optimiser leurs performances de vol.

Velcro

Un exemple classique de biomimétique est la fixation velcro, qui a été développée sur la base du modèle de CLET. Les petits marques de contrôle et les boucles de la bardane ont servi d'inspiration pour un système de fermeture simple et efficace qui est utilisé aujourd'hui dans de nombreuses applications.

Biomimétique: comment les principes naturels ont transformé la technologie

Cependant, les biomimétiques sont plus que d'imiter la nature. Il s'agit d'une approche interdisciplinaire qui combine la biologie, l'ingénierie, les sciences des matériaux et l'informatique. L'objectif est de comprendre les principes fondamentaux de la nature et de les appliquer de manière créative à des défis techniques. En robotique, les biomimétiques jouent un rôle clé dans le développement de robots humanoïdes qui peuvent se déplacer dans des environnements naturels et interagir avec les gens.

Clone Robotics: Robotique anthropomorphe redéfinie

Lone Robotics est une entreprise qui s'engage à développer des robots anthropomorphes de l'état -art et a fixé une étape remarquable dans ce domaine avec son protoclone v1. Le Protoclone V1 est un exemple impressionnant de combinaison de précision anatomique et d'ingénierie. Ce robot est la tentative la plus complète de reproduire la biomécanique humaine dans une plate-forme synthétique.

Avec une structure complexe qui comprend 206 analogues osseux à base de polymère, 1 000 muscles d'art du myofibre et un système vasculaire hydraulique, le protoclone V1 atteint une mobilité remarquable. Il a 200 degrés de liberté, qui dépasse même le squelette humain avec ses environ 360 articulations en termes d'articulation ciblée. Ce nombre élevé de degrés de liberté permet au robot un large éventail de mouvements et de poses qui se rapprochent de celui d'une personne.

Un noyau de la technologie de la robotique de clones est les muscles de l'art du myofibre. Ces actionneurs sont inspirés par les acteurs pneumatiques de McKibben, mais utilisent une construction innovante avec des tubes de point à couches à eau. Sous pression, ces tubes se contractent longitudinaux et permettent une contraction allant jusqu'à 30% en moins de 50 millisecondes. Le rapport de puissance de 3 grammes à 1 kilogramme montre l'efficacité et les performances de ces muscles d'art. Ils permettent des mouvements de doigts à moteur fin qui sont nécessaires pour une manipulation précise, ainsi que des poses dynamiques du corps complet, qui ont été démontrées de manière impressionnante dans une vidéo de démonstration virale en janvier 2025.

Cependant, le Protoclone V1 n'est pas seulement un prototype impressionnant, mais aussi le précurseur de l'initiative "Clone Alpha", qui prévoit un lancement limité sur le marché en 2025. Le clone alpha est destiné à intégrer des systèmes d'organes synthétiques qui imitent les processus métaboliques humains. Un «réseau vasculaire» basé sur la grille distribue du liquide hydraulique dans tout le robot, tandis que les caméras doubles et 320 capteurs de pression créent une boucle de rétroaction proprioceptive qui ressemble au système nerveux biologique. Cette rétroaction permet au robot de percevoir sa position et son mouvement dans la pièce et adapter ses actions en conséquence.

Le squelette polymère du clone alpha contribue à une réduction significative du poids. Il est 40% plus léger que les cadres en aluminium comparables, mais conserve toujours sa stabilité sous des charges secondaires allant jusqu'à 200 Newton. Cette combinaison de légèreté et de stabilité est cruciale pour l'agilité et l'efficacité énergétique du robot.

Les premiers utilisateurs du Clone Alpha comprennent des chaînes hôtelières de luxe et des constructeurs automobiles. Ces sociétés testent la plate-forme pour diverses applications, y compris les services de conciergerie et les processus d'assemblage précis. Dans les hôtels de luxe, par exemple, les robots pourraient aider les clients à enregistrer et à vérifier, à fournir des informations ou à transporter des bagages. Dans l'industrie automobile, ils pourraient être utilisés dans les processus d'assemblage, dans lesquels la précision et la répétabilité sont décisives.

Malgré les réalisations techniques impressionnantes de Clone Robotics et du Protoclone V1, la conception du robot soulève également des questions sur la perception du public. L'absence de traits faciaux en combinaison avec les mouvements hyper réalistes des membres peut déclencher le soi-disant phénomène de la "vallée étrange" chez certaines personnes. L'étrange vallée décrit un sentiment d'inconfort ou de rejet qui survient lorsque des robots ou des animations comme humains sont similaires, mais ont en même temps des différences subtiles qui les font apparaître "effrayantes" ou "effrayantes".

Des chercheurs, comme Dar Sleeper d'OpenAAI, ont observé que la conception du protoclone V1 peut potentiellement provoquer de telles réactions. En réponse à cela, Clone Robotics a adapté sa stratégie marketing. L'objectif est désormais moins sur l'humanité cosmétique des robots, mais plutôt sur son anthropomorphie fonctionnelle. Les robots de clones sont positionnés comme des «outils puissants» et non comme un compagnon humain. Ce réalignement stratégique vise à augmenter l'acceptation des robots en public et à minimiser les réactions négatives possibles dues à la vallée étrange.

Uniree Robotics et l'offensive du robot stratégique de la Chine

Unitree Robotics est une autre entreprise qui joue un rôle clé dans le développement de la robotique humanoïde, en particulier dans le contexte de l'accent stratégique de la Chine sur ce domaine technologique. La présence du PDG d'Unidreee Wang Xingxing au premier rang lors d'un symposium économique avec le président Xi Jinping en février 2025 envoie un signal clair: la robotique humanoïde est considérée en Chine comme un pilier central des "nouvelles forces productives" et encouragée en conséquence.

Dans son discours sur le symposium, Wang Xingxing a souligné les progrès remarquables dans l'architecture d'apprentissage par renforcement, ce qui a permis de raccourcir considérablement les cycles d'entraînement du robot G1 pour des tâches complexes. Pour des tâches exigeantes telles que la chorégraphie de la danse folklorique, les cycles d'entraînement de 10 000 ont été réduits à seulement 800 itérations. Cette augmentation de l'efficacité de la formation des robots est cruciale pour le développement plus rapide et l'utilisation plus large de robots humanoïdes dans divers domaines d'application.

Le programme gouvernemental "Robotics +", qui a été lancé en 2024, met l'accent sur l'engagement de la Chine envers la robotique. Ce programme fournit 2,3 milliards de dollars par an pour le développement de systèmes nationaux d'actionneur et de capteurs. Ce financement de l'État profite directement aux fournisseurs tels que Zhejiang Changsheng, qui a connu une croissance impressionnante de 600% au cours de l'année. Le soutien massif de l'État montre que la Chine considère la robotique comme une industrie stratégiquement importante et investit dans son développement.

La plate-forme G1 de Untree Robotics est un exemple concret de la stratégie pragmatique de la Chine pour introduire des robots humanoïdes. Avec 43 degrés de liberté, dont 26 dans chaque main seul, le G1 atteint une précision considérable de 15 centimètres dans la manipulation d'objets. Il est à noter que Uniree repose sur des engrenages harmonieux et efficaces au lieu d'acteurs propriétaires. Cette approche indique une stratégie qui s'adresse à l'évolutivité et à l'économie au lieu de performances maximales à tout prix.

La performance du festival du printemps «Yang Bot» a été un exemple impressionnant des compétences du G1 et du Robote Swarm de Uniree. Au cours de cette démonstration, 12 robots G1 ont démontré des mouvements synchronisés avec une latence impressionnante de seulement 0,2 seconde. Cette technologie de coordination de l'essaim est d'une importance cruciale pour les applications d'essaim industrielles dans lesquelles plusieurs robots doivent résoudre les tâches complexes ensemble.

Contrairement à la robotique de clones, qui se concentre sur un positionnement de luxe, Unitere poursuit une stratégie de production évolutive avec un prix de base relativement bas de 45 000 $ pour le G1. Ce prix vise à rendre le robot accessible à un public plus large et à promouvoir l'utilisation dans diverses industries. Des partenariats avec des sociétés tels que Alibaba Cloud intègrent des modèles de langage avancé tels que Tongyi Qianwen-LLMS pour permettre la programmation du langage naturel des tâches. Cette simplification de la programmation réduit l'obstacle d'entrée pour les petites et moyennes entreprises (PME) et facilite l'intégration des robots dans les flux de travail existants.

L'installation de production d'Unidree à Shenzhen produit actuellement 200 unités G1 par mois. La société poursuit des objectifs ambitieux et prévoit d'atteindre une part de marché de 30% sur le marché asiatique de l'automatisation de la logistique d'ici 2027. Cette concentration stratégique sur le secteur de la logistique, qui a un énorme potentiel de croissance, souligne les ambitions de la Chine de jouer un rôle de premier plan dans l'industrie robotique mondiale.

Gestion de la chaleur biomimétique: les robots de transpiration pour un temps de fonctionnement plus long

L'un des plus grands défis de la robotique, en particulier pour les robots humanoïdes avec des mouvements complexes et une consommation d'énergie élevée, est la gestion de la chaleur. Les composants et actionneurs électroniques installés dans des robots génèrent de la chaleur en fonctionnement, qui doit être retiré pour éviter la surchauffe et la perte de performances ou de dommages associés. Les approches biomimétiques offrent des solutions innovantes inspirées par la nature.

Un exemple remarquable de gestion de la chaleur biomimétique est le système de refroidissement squelettique du robot Kengoro, qui a été développé à l'Université de Tokyo. Kengoro possède un squelette régulant la thermore en aluminium poreux imprimé en 3D. En raison de la structure, les microcapilaires avec un diamètre de seulement 50 micromètres. L'eau désionisée est dirigée à travers ces capillaires, qui s'évapore avec un taux de 30 millilitres par heure. Ce processus d'évaporation prend la chaleur et permet une capacité de refroidissement de 488 watts, contre 359 watts avec refroidissement à l'air conventionnel.

Ce système de refroidissement innovant permet à Kengoro de travailler en continu même avec des exercices intenses tels que des pompes sur une plus longue période, sans les moteurs pour surchauffer les moteurs. Dans les tests, Kengoro a pu effectuer des opérations de push-up de 11 minutes sans la sortie du moteur. Cependant, le système a également un inconvénient: il entraîne un gain de poids de 12% par rapport aux systèmes de refroidissement conventionnels.

Le projet ANDI de l'Université d'État de l'Arizona a développé et amélioré le concept du robot de transpiration. Andi possède 35 zones de soudage indépendantes et des «pores» en fibre de carbone, qui peuvent adapter de manière adaptative leurs taux d'évaporation en fonction des données de 200 capteurs de température interne. Dans les tests de Phoenix, Arizona, à une température ambiante de 47 degrés Celsius, le système a pu maintenir la température des composants critiques inférieurs à 85 degrés Celsius. Dans le même temps, Andi a utilisé 23% de liquide de refroidissement que les systèmes de refroidissement à liquide fermé. Ce modèle de soudage adaptatif montre que les systèmes de refroidissement biomimétique peuvent non seulement être efficaces, mais aussi l'économie des ressources.

Malgré leur efficacité, les systèmes de refroidissement en transpiration ont également des défis, en particulier en ce qui concerne l'entretien et la stabilité à long terme. Par exemple, Kengoro a besoin de rinçage de décalage hebdomadaire pour libérer les microcapilaires des dépôts qui pourraient affecter les performances de refroidissement. À Andi, il a été constaté que la peau de la résine époxy a tendance à dégrader les symptômes après 200 cycles de chauffage. Ces problèmes de maintenance et de durabilité sont des aspects importants qui doivent être pris en compte dans le développement et l'utilisation industrielle des robots de transpiration.

Les méthodes de refroidissement passives sont également recherchées comme alternative aux systèmes de refroidissement à base de liquide. Clone Alpha, par exemple, repose sur des couches de matériaux de changement de phase (PCM) dans les muscles. Les PCM sont des matériaux qui modifient leur kit à une certaine température et absorbent ou libèrent de la chaleur. Ce refroidissement passif ne nécessite aucun système liquide, mais a une capacité d'absorption de chaleur plus faible de 18% par rapport aux systèmes actifs basés sur les fluides. Le choix du système de refroidissement approprié dépend finalement des exigences spécifiques de l'application du robot, y compris les performances de refroidissement requises, le poids, les exigences de maintenance et l'environnement de fonctionnement.

Dynamique du marché mondial et considérations éthiques dans la robotique humanoïde

Humanoid Robotics est non seulement un domaine technologique passionnant, mais aussi un marché à forte croissance avec des effets mondiaux considérables. En 2024, le volume du capital des risques dans le secteur de la robotique humanoïde a atteint un impressionnant 17,4 milliards de dollars. La zone asiatique-Pacifique représentait la plus grande part de 61%, ce qui souligne l'importance de l'Asie, en particulier de la Chine.

En plus des principaux fabricants de robotique, les marchés secondaires bénéficient également de cette croissance. Les fournisseurs de composants et de technologies spéciaux enregistrent une croissance disproportionnée. Un exemple de ceci est la société harmonique Drive SE, dont le stock a augmenté de 89% après avoir pu sécuriser l'équipement de réduction Unterre. Cette évolution montre que la chaîne de valeur de la robotique humanoïde est diverse et offre de nombreuses opportunités commerciales.

Avec l'utilisation croissante de robots humanoïdes dans divers domaines, les questions réglementaires et éthiques sont également en évidence. L'Union européenne travaille, par exemple, sur un projet de ligne directrice sur le droit de la responsabilité artificielle (probablement en 2026). Cette directive pourrait stipuler que les robots humanoïdes doivent répondre à certaines normes de sécurité, telles que des forces de pression cutanée limitées de moins de 80 Newton par centimètre carré et des fermetures d'urgence. Ces mesures réglementaires visent à garantir la sécurité dans le traitement des robots humanoïdes, mais pourraient également augmenter les coûts par unité d'environ 12 000 $. Il est important de trouver une approche équilibrée qui favorise à la fois la sécurité des personnes et la force innovante de l'industrie de la robotique.

En plus des questions réglementaires, le dilemme éthique joue également un rôle de plus en plus important. La rhétorique des «populations synthétiques» utilisées par des entreprises comme Clone Robotics soulève des questions philosophiques profondes sur l'identité, l'autonomie et la relation entre l'homme et la machine. Une étude de celle de 2024 a montré que 68% des participants ont attribué une volonté intentionnelle à Protoclone V1, bien qu'ils aient été informés de sa programmation. Ces résultats indiquent que la perception des robots humanoïdes est complexe par les humains et est influencée par divers facteurs, notamment la conception des robots et la façon dont ils sont présentés en public.

L'humanité croissante des robots humanoïdes soulève également des questions sur son rôle dans la société. Devenez-vous un concurrent d'emploi ou des aides précieux dans divers domaines de la vie? Comment votre présence influence-t-elle nos interactions sociales et notre image de soi en tant qu'êtres humains? Ces questions nécessitent un large débat social dans lequel les experts de diverses disciplines, politiciens, entreprises et public doivent être impliqués. C'est le seul moyen d'assurer une manipulation responsable et éthiquement justifiable des robots humanoïdes, qui utilise de manière optimale les opportunités de cette technologie et en même temps minimise les risques possibles.

L'avenir de la robotique humanoïde - un acte d'équilibrage entre la technologie et la société

La robotique humanoïde est située dans une phase de développement dynamique et passionnante. Des progrès technologiques rapides, en particulier dans les domaines de la biomimétique, de l'intelligence artificielle et des sciences matérielles, permettent le développement de robots de plus en plus efficaces et de type humain. Des entreprises telles que Clone Robotics et Untree Robotics stimulent considérablement ce développement avec leurs approches et produits innovants.

L'avenir des robots humanoïdes est non seulement décidé techniquement, mais aussi socialement

Dans le même temps, nous sommes confrontés au défi de concilier les possibilités technologiques avec les besoins sociaux et les considérations éthiques. Des conditions de cadre réglementaire doivent être créées qui favorisent également la sécurité et l'innovation. Un débat social ouvert et large est nécessaire pour discuter des implications éthiques et sociales de la robotique humanoïde et pour concevoir des relations responsables avec cette technologie.

L'avenir de la robotique humanoïde est non seulement décidé par les innovations technologiques, mais aussi en grande partie grâce à l'acceptation sociale, aux directives éthiques et à une gestion responsable de cette technologie transformatrice. C'est à nous de définir le cours de telle manière que les robots humanoïdes deviennent un enrichissement pour l'humanité et non pour une source de conflits ou d'inégalité. Le potentiel est énorme, mais il nécessite une boussole claire et un effort commun pour utiliser ce potentiel au profit de tous.

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