Svettande robot? Snabba framsteg inom bionikrobotik med myofiber konstmuskler och skelettkylningssystem

Humanoida robotar och deras nyckelroll i den kommande tekniska omvandlingen

Den snabba utvecklingen av humanoid robotteknik står på gränsen till ett paradigmskifte som kommer att medföra inte bara tekniska utan även djupgående samhällsförändringar. Vi befinner oss i början av en era där humanoida robotar inte längre bara är föremål för science fiction och forskningslaboratorier, utan i allt högre grad genomsyrar våra vardagsliv, våra arbetsplatser och vårt globala teknologiska landskap. Framstegen inom detta område är så dynamiska att de inte bara omvandlar industrier utan också omformar arbetsmarknader och intensifierar den internationella teknologiska rivaliteten, särskilt mellan Kina och västländer.

Det senaste decenniet har vi sett en anmärkningsvärd acceleration inom humanoid robotik. Innovationer inom biomimetisk design, integration av artificiell intelligens och strategiska geopolitiska överväganden är drivkrafterna bakom denna utveckling. Det som en gång ansågs vara en futuristisk vision – humanoida robotar som kan utföra komplexa uppgifter och interagera med oss ​​– är nu inom räckhåll. Denna omvandling möjliggörs av genombrott inom syntetiska muskuloskeletala system, vätskedrivna ställdon och adaptiva värmehanteringssystem. Dessa tekniker har förvandlat humanoida robotar från märkliga laboratorieprototyper till en teknik som är på väg att komma in på marknaden.

Framsteg är tydliga inom olika områden. Företag som Clone Robotics, med sin Protoclone V1, demonstrerar imponerande möjligheterna med toppmoderna biomimetiska designer. Samtidigt driver statligt finansierade initiativ, som de som sågs på Unitree Robotics, utvecklingen i ännu större skala. Parallellt visar innovativa kylsystem, som de som används i robotar som Kengoro och Andi, att funktionell realism blir allt viktigare inom robotteknik. Dessa kylsystem, baserade på principen om mänsklig svettning, gör det möjligt för robotar att arbeta längre och mer effektivt, även under krävande förhållanden.

Bionik eller biomimetik: Att lära av naturen för innovativa teknologier

Ett centralt begrepp inom humanoid robotik är biomimetik, även känd som bionik eller biomimetik. Denna disciplin beskriver metoden att designa tekniska system, material eller processer baserade på naturens modeller. Under miljontals år av evolution har naturen producerat en enorm mångfald av strukturer, funktioner och mekanismer som ofta är förvånansvärt effektiva och eleganta. Biomimetik använder denna evolutionära expertis som inspirationskälla för tekniska innovationer.

Grundidén med biomimetik är att analysera naturfenomen och förstå de underliggande principerna. Dessa principer tillämpas sedan på tekniska problem för att utveckla nya och förbättrade lösningar. Fördelen med denna metod ligger i dess beroende av beprövade och optimerade lösningar som finns i naturen, vilka har visat sig vara framgångsrika i verkliga miljöer under långa perioder.

Det finns otaliga exempel på biomimetiska utvecklingar som finner tillämpning inom olika teknik- och vetenskapsområden. Några särskilt relevanta exempel i robotiksammanhang är:

Myofiberkonstgjorda muskler

Dessa innovativa aktuatorer är inspirerade av mänskliga musklers struktur och funktion. De gör det möjligt för robotar att röra sig smidigt och naturligt, vilket öppnar upp nya möjligheter för finmotorik och dynamiska rörelsesekvenser.

Skelettkylsystem

Robotar som Kengoro använder ett kylsystem som är modellerat efter mänsklig svett. Avdunstningen av vätska genom en porös skelettstruktur avleder effektivt värme, vilket ökar robotarnas driftstid och prestanda.

Flygplansvingarnas former

Aerodynamiken hos fågelvingar och valfenor har bidragit avsevärt till utvecklingen av effektivare vingformer för flygplan. Genom att härma naturliga mönster kan flygplan spara bränsle och optimera sina flygprestanda.

Kardborrefäste

Ett klassiskt exempel på biomimetik är kardborrebandet, som utvecklades baserat på kvistplantan. Kvistens små hakar och öglor fungerade som inspiration för ett enkelt och effektivt fästsystem som används i många tillämpningar idag.

Biomimetik: Hur naturliga principer förändrar teknologi

Biomimetik är dock mer än att bara imitera naturen. Det är ett tvärvetenskapligt tillvägagångssätt som kombinerar biologi, teknik, materialvetenskap och datavetenskap. Målet är att förstå naturens grundläggande principer och kreativt tillämpa dem på tekniska utmaningar. Inom robotik spelar biomimetik en nyckelroll i utvecklingen av humanoida robotar som kan röra sig i naturliga miljöer och interagera med människor.

Klonrobotar: Antropomorf robotik omdefinierad

Protoclone Robotics är ett företag som ägnar sig åt att utveckla banbrytande antropomorfa robotar och har uppnått en anmärkningsvärd milstolpe inom detta område med sin Protoclone V1. Protoclone V1 är ett imponerande exempel på hur man kombinerar anatomisk precision med teknisk ambition. Denna robot representerar det hittills mest omfattande försöket att replikera mänsklig biomekanik i en syntetisk plattform.

Med en komplex struktur bestående av 206 polymerbaserade benanaloger, 1 000 myofiberkonstgjorda muskler och ett hydrauliskt kärlsystem uppnår Protoclone V1 en anmärkningsvärd rörlighet. Den har 200 frihetsgrader, vilket överträffar till och med det mänskliga skelettet med sina cirka 360 leder när det gäller exakt artikulation. Detta höga antal frihetsgrader ger roboten ett brett rörelseomfång och positioner som mycket liknar en människas.

En viktig del av Clone Robotics teknologi är deras konstgjorda Myofiber-muskler. Dessa ställdon är inspirerade av McKibbens pneumatiska ställdon men använder en innovativ design med vattenfyllda nätrör. Under tryck drar dessa rör ihop sig i längdriktningen, vilket möjliggör en sammandragning på upp till 30 procent på mindre än 50 millisekunder. Ett kraftförhållande på 3 gram till 1 kilogram visar effektiviteten och kraften hos dessa konstgjorda muskler. De möjliggör både finmotoriska fingerrörelser, som är nödvändiga för exakta manipulationer, och dynamiska helkroppspositioner, vilket imponerande demonstrerades i en viral video som släpptes av företaget i januari 2025.

Protoclone V1 är inte bara en imponerande prototyp, utan också föregångaren till initiativet ”Clone Alpha”, som planerar en begränsad marknadslansering 2025. Clone Alpha är utformad för att integrera syntetiska organsystem som efterliknar mänskliga metaboliska processer. Ett rutnätbaserat ”kärlnätverk” distribuerar hydraulvätska i hela roboten, medan dubbla kameror och 320 trycksensorer skapar en proprioceptiv återkopplingsslinga som liknar det biologiska nervsystemet. Denna återkoppling gör det möjligt för roboten att uppfatta sin position och rörelse i rummet och justera sina handlingar därefter.

Polymerskelettet hos Clone Alpha bidrar till en betydande viktminskning. Den är 40 procent lättare än jämförbara aluminiumramar, men bibehåller sin stabilitet under sidobelastningar på upp till 200 Newton. Denna kombination av lätthet och stabilitet är avgörande för robotens smidighet och energieffektivitet.

Bland de första användarna av Clone Alpha finns lyxhotellkedjor och biltillverkare. Dessa företag testar plattformen för olika tillämpningar, inklusive conciergetjänster och precisionsmonteringsprocesser. På lyxhotell kan robotarna till exempel hjälpa gäster med in- och utcheckning, ge information eller transportera bagage. Inom bilindustrin kan de användas i monteringsprocesser där precision och repeterbarhet är avgörande.

Trots de imponerande tekniska prestationerna hos Clone Robotics och Protoclone V1, väcker robotens design också frågor om allmänhetens uppfattning. Avsaknaden av ansiktsdrag, i kombination med de hyperrealistiska rörelserna i dess lemmar, kan utlösa det så kallade "uncanny valley"-fenomenet hos vissa människor. Uncanny valley beskriver en känsla av obehag eller avvisande som uppstår när humanoida robotar eller animationer liknar oss men samtidigt uppvisar subtila skillnader som får dem att verka "kusliga" eller "läskiga".

Forskare, som Dar Sleeper från OpenAI, har observerat att designen av Protocolone V1 potentiellt skulle kunna framkalla sådana reaktioner. Som svar har Clone Robotics justerat sin marknadsföringsstrategi. Fokus ligger nu mindre på robotarnas kosmetiska människoliknande egenskaper och mer på deras funktionella antropomorfism. Klonrobotar positioneras som "kraftfulla verktyg" snarare än mänskliga följeslagare. Denna strategiska omställning syftar till att öka allmänhetens acceptans av robotarna och minimera potentiella negativa reaktioner på grund av "Uncanny Valley".

Unitree Robotics och Kinas strategiska robotoffensiv

Unitree Robotics är ett annat företag som spelar en nyckelroll i utvecklingen av humanoid robotik, särskilt i samband med Kinas strategiska fokus på detta teknologiska område. Unitrees VD Wang Xingxings närvaro på första raden vid ett ekonomiskt symposium med president Xi Jinping i februari 2025 skickar en tydlig signal: humanoid robotik anses vara en central pelare i Kinas "nya produktivkrafter" och främjas i enlighet därmed.

I sitt tal vid symposiet betonade Wang Xingxing de anmärkningsvärda framstegen inom arkitekturen för förstärkningsinlärning som har gjort det möjligt att avsevärt förkorta träningscyklerna för G1-roboten för komplexa uppgifter. För krävande uppgifter som folkdanskoreografi skulle träningscyklerna kunna minskas från 10 000 till bara 800 iterationer. Denna ökning av robotträningseffektiviteten är avgörande för snabbare utveckling och bredare användning av humanoida robotar inom olika tillämpningsområden.

Regeringsprogrammet ”Robotics+”, som lanserades 2024, understryker Kinas engagemang för robotik. Programmet avsätter 2,3 miljarder USD årligen för utveckling av nationella ställdon- och sensorsystem. Denna statliga finansiering gynnar direkt leverantörer som Zhejiang Changsheng, som har haft en imponerande tillväxt på 600 procent jämfört med föregående år. Detta massiva statliga stöd visar att Kina ser robotik som en strategiskt viktig industri och investerar kraftigt i dess utveckling.

Unitree Robotics G1-plattform är ett utmärkt exempel på Kinas pragmatiska strategi för att använda humanoida robotar. Med 43 frihetsgrader, inklusive 26 i varje hand, uppnår G1 en anmärkningsvärd precision på 15 centimeter i objektmanipulation. Det är värt att notera att Unitree förlitar sig på kostnadseffektiva harmoniska kugghjul istället för proprietära ställdon. Denna metod föreslår en strategi inriktad på skalbarhet och kostnadseffektivitet, snarare än maximal prestanda till varje pris.

Ett imponerande exempel på kapaciteten hos G1:an och Unitrees svärmrobotar var vårfestivalens föreställning "Yang BOT". I denna demonstration utförde 12 G1-robotar synkroniserade rörelser med en imponerande låg latens på bara 0,2 sekunder. Denna svärmkoordineringsteknik är avgörande för industriella svärmapplikationer där flera robotar behöver arbeta tillsammans för att lösa komplexa uppgifter.

Till skillnad från Clone Robotics, som fokuserar på en lyxpositionering, strävar Unitree efter en strategi för skalbar produktion med ett jämförelsevis lågt baspris på 45 000 dollar för G1. Denna prissättning syftar till att göra roboten tillgänglig för en bredare publik och uppmuntra dess användning inom olika branscher. Partnerskap med företag som Alibaba Cloud integrerar avancerade språkmodeller som Tongyi Qianwen LLMs för att möjliggöra programmering av uppgifter i naturligt språk. Denna förenkling av programmering sänker inträdesbarriären för små och medelstora företag och underlättar integrationen av robotar i befintliga arbetsflöden.

Unitrees produktionsanläggning i Shenzhen producerar för närvarande 200 G1-enheter per månad. Företaget har ambitiösa mål och planerar att uppnå en marknadsandel på 30 procent på den asiatiska marknaden för logistikautomation senast 2027. Detta strategiska fokus på logistiksektorn, som har enorm tillväxtpotential, understryker Kinas ambition att ta en ledande roll inom den globala robotindustrin.

Biomimetisk värmehantering: Svettiga robotar för längre driftstider

 

En av de största utmaningarna inom robotteknik, särskilt med humanoida robotar som har komplexa rörelser och hög strömförbrukning, är värmehantering. De elektroniska komponenterna och ställdonen som är inbyggda i robotar genererar värme under drift, vilken måste avledas för att förhindra överhettning och därmed sammanhängande prestandaförluster eller skador. Biomimetiska metoder erbjuder innovativa lösningar inspirerade av naturen.

Ett anmärkningsvärt exempel på biomimetisk värmehantering är det skelettkylsystem som används i Kengoro-roboten, utvecklat vid Tokyos universitet. Kengoro har ett termoreglerande skelett tillverkat av 3D-printad porös aluminium. Mikrokapillärer med en diameter på endast 50 mikrometer löper genom denna struktur. Avjoniserat vatten cirkulerar genom dessa kapillärer och avdunstar med en hastighet av 30 milliliter per timme. Denna avdunstningsprocess avleder värme, vilket möjliggör en kylkapacitet på 488 watt, jämfört med 359 watt för konventionell luftkylning.

Detta innovativa kylsystem gör att Kengoro kan arbeta kontinuerligt, även under ansträngande övningar som armhävningar, utan att motorerna överhettas. I tester kunde Kengoro genomföra 11 minuter långa armhävningar utan någon minskning av motorprestanda. Systemet har dock också en nackdel: det resulterar i en viktökning på 12 procent jämfört med konventionella kylsystem.

Andi-projektet vid Arizona State University har vidareutvecklat och förbättrat konceptet med den svettande roboten. Andi har 35 oberoende svetszoner och kolfiber"porer" som adaptivt kan justera sina avdunstningshastigheter baserat på data från 200 interna temperatursensorer. I tester som utfördes i Phoenix, Arizona, vid en omgivningstemperatur på 47 grader Celsius, kunde systemet hålla temperaturen på kritiska komponenter under 85 grader Celsius. Samtidigt förbrukade Andi 23 procent mindre kylvätska än slutna vätskekylsystem. Denna adaptiva svetsmodell visar att biomimetiska kylsystem inte bara kan vara effektiva utan också resursbesparande.

Trots sin effektivitet innebär svettande kylsystem också utmaningar, särskilt vad gäller underhåll och långsiktig stabilitet. Kengoro kräver till exempel veckovisa avkalkningsspolningar för att avlägsna avlagringar från mikrokapillärerna som kan försämra kylprestandan. Andis epoxihartsskikt visade sig uppvisa tecken på nedbrytning efter 200 uppvärmningscykler. Dessa underhålls- och hållbarhetsproblem är viktiga aspekter som måste beaktas vid vidareutveckling och industriell användning av svettande robotar.

Passiva kylmetoder forskas också på som ett alternativ till vätskebaserade kylsystem. Clone Alpha använder till exempel lager av fasförändringsmaterial (PCM) i sina muskler. PCM är material som ändrar sitt tillstånd vid en specifik temperatur, och absorberar eller frigör värme i processen. Denna passiva kylmetod kräver inte vätskesystem men har 18 procent lägre värmeavledningskapacitet jämfört med aktiva, vätskebaserade system. I slutändan beror valet av lämpligt kylsystem på de specifika kraven för robotapplikationen, inklusive den erforderliga kylkapaciteten, vikten, underhållskraven och driftsmiljön.

Global marknadsdynamik och etiska överväganden inom humanoid robotik

Humanoid robotik är inte bara ett spännande teknologiskt område, utan också en snabbt växande marknad med betydande global påverkan. År 2024 uppgick riskkapitalet inom humanoidrobotsektorn till imponerande 17,4 miljarder USD. Asien-Stillahavsområdet stod för den största andelen med 61 procent, vilket understryker Asiens, och särskilt Kinas, betydelse inom detta område.

Förutom de primära robottillverkarna gynnas även sekundärmarknader av denna tillväxt. Leverantörer av specialiserade komponenter och tekniker upplever en oproportionerlig tillväxt. Ett exempel är Harmonic Drive SE, vars aktie steg med 89 procent efter att ha säkrat ett kontrakt på reduktionsväxlar från Unitree. Denna utveckling visar mångfalden i värdekedjan för humanoida robotar och de många affärsmöjligheter den erbjuder.

Med den ökande användningen av humanoida robotar inom olika områden aktualiseras även regulatoriska och etiska frågor. Europeiska unionen arbetar till exempel med ett utkast till direktiv om lagstiftning om ansvar för artificiella fordon (förväntas 2026). Detta direktiv skulle kunna föreskriva att humanoida robotar måste uppfylla vissa säkerhetsstandarder, såsom begränsade hudtryckskrafter på mindre än 80 Newton per kvadratcentimeter och nödavstängningsmekanismer. Sådana regleringsåtgärder syftar till att säkerställa humanoida robotars säkerhet men skulle också kunna öka kostnaden per enhet med uppskattningsvis 12 000 USD. En balanserad strategi måste hittas som främjar både människors säkerhet och robotindustrins innovativa kapacitet.

Utöver regulatoriska frågor spelar etiska dilemman en allt viktigare roll. Den "syntetiska mänskliga" retorik som används av företag som Clone Robotics väcker djupa filosofiska frågor om identitet, autonomi och förhållandet mellan människor och maskiner. En MIT-studie från 2024 visade att 68 procent av deltagarna tillskrev avsiktlig vilja till Protocolone V1, trots att de var medvetna om dess programmering. Dessa resultat tyder på att mänskliga uppfattningar om humanoida robotar är komplexa och påverkas av olika faktorer, inklusive robotarnas design och hur de presenteras för allmänheten.

De alltmer människoliknande egenskaperna hos humanoida robotar väcker också frågor om deras roll i samhället. Kommer de att bli konkurrenter på arbetsplatsen eller värdefulla medhjälpare inom olika områden i livet? Hur kommer deras närvaro att påverka våra sociala interaktioner och vår självförståelse som människor? Dessa frågor kräver en bred samhällsdebatt som involverar experter från olika discipliner, politiker, företag och allmänheten. Endast på detta sätt kan ett ansvarsfullt och etiskt förhållningssätt till humanoida robotar säkerställas, ett förhållningssätt som optimalt utnyttjar teknikens möjligheter samtidigt som potentiella risker minimeras.

Framtiden för humanoid robotik – en balansgång mellan teknologi och samhälle

Humanoid robotik befinner sig i ett dynamiskt och spännande utvecklingsskede. Snabba tekniska framsteg, särskilt inom biomimetik, artificiell intelligens och materialvetenskap, möjliggör utvecklingen av allt kraftfullare och människoliknande robotar. Företag som Clone Robotics och Unitree Robotics driver denna utveckling avsevärt framåt med sina innovativa metoder och produkter.

Framtiden för humanoida robotar kommer att avgöras inte bara tekniskt, utan även socialt.

Samtidigt står vi inför utmaningen att förena tekniska möjligheter med samhälleliga behov och etiska överväganden. Regelverk måste skapas som främjar både säkerhet och innovation. En öppen och bred samhällsdebatt är nödvändig för att diskutera de etiska och sociala konsekvenserna av humanoid robotik och för att forma ett ansvarsfullt förhållningssätt till denna teknik.

Framtiden för humanoida robotar kommer inte enbart att avgöras av tekniska innovationer, utan också i hög grad av samhällets acceptans, etiska riktlinjer och ansvarsfull användning av denna transformerande teknik. Det är upp till oss att staka ut kursen så att humanoida robotar blir en berikelse för mänskligheten och inte en källa till konflikt eller ojämlikhet. Potentialen är enorm, men det krävs en tydlig kompass och en kollektiv ansträngning för att utnyttja denna potential till allas fördel.

Vid en tidpunkt då det digitala närvaron av ett företag beslutar om sin framgång, kan utmaningen med hur denna närvaro utformas autentiskt, individuellt och omfattande. Xpert.Digital erbjuder en innovativ lösning som positionerar sig som en korsning mellan ett industriellt nav, en blogg och en varumärkesambassadör. Den kombinerar fördelarna med kommunikations- och försäljningskanaler i en enda plattform och möjliggör publicering på 18 olika språk. Samarbetet med partnerportaler och möjligheten att publicera bidrag till Google News och en pressdistributör med cirka 8 000 journalister och läsare maximerar innehållet och synligheten för innehållet. Detta representerar en viktig faktor i extern försäljning och marknadsföring (symboler).

Mer om detta här:

• Äkta. Individuellt. Global: Xpert.Digital -strategin för ditt företag

☑ SME -stöd i strategi, rådgivning, planering och implementering

☑ skapande eller omjustering av den digitala strategin och digitaliseringen

☑ Expansion och optimering av de internationella försäljningsprocesserna

☑ Globala och digitala B2B -handelsplattformar

☑ Pioneer Business Development

 

Jag hjälper dig gärna som personlig konsult.

Du kan kontakta mig genom att fylla i kontaktformuläret nedan eller helt enkelt ringa mig på +49 89 674 804 (München) .

Jag ser fram emot vårt gemensamma projekt.

 

 

Xpert.Digital är ett nav för bransch med fokus, digitalisering, maskinteknik, logistik/intralogistik och fotovoltaik.

Med vår 360 ° affärsutvecklingslösning stöder vi välkända företag från ny verksamhet till efter försäljning.

Marknadsintelligens, smarketing, marknadsföringsautomation, innehållsutveckling, PR, postkampanjer, personliga sociala medier och blyomsorg är en del av våra digitala verktyg.

Du kan hitta mer på: www.xpert.digital - www.xpert.solar - www.xpert.plus