風口到来!具身ロボットは一体何の材料を使っているのか?

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(出典:新材料研習社)

4月2日、道恩股份(Dawn Holdings)が公告を発表し、その中で投資家からの質問に対して同社は次のように回答した。弾性体の研究開発チームは、複数の最先端機能材料分野で重要な研究開発の進展をすでに達成しており、超軟質人工筋肉TPE、人工皮膚Si-TPV、導電・温感・光感の変色TPEなどの方向性に基づき、同社は重要な技術的ブレークスルーを完了した。これらの成果は、人型ロボットの柔軟なインタラクションと構造革新を実現するための材料的支えとなる。

実際、道恩だけではない。国内外の材料大手企業はいま、身体性ロボットの新興領域に注目している。

金発科技はロボットの構造と柔軟材料を展開しており、500トン/年のPEEK樹脂+2000トン/年のPEEK改性の生産能力を有する。国恩股份は千トン級のPEEK生産能力を計画しており、ロボットの軽量化用途に注力している。熱可塑性エラストマー分野の長鸿高科とともに、ロボットのエラストマー・シーンに向けて取り組みを強化している。潤陽科技、祥源新材はロボットの柔軟な被覆材料の実装を実現し、祥源新材の電子皮膚材料は顧客のサンプル送付・テスト段階に入っている。福莱新材は10万セットの触覚センサー受注を獲得した。ダウ、コスモ・クリエイティブ(科思創)、ウィンカー(赢创)は、生体模倣の皮膚および導電性エラストマーの研究開発を継続的に推進している。南山智尚は3600トン/年のUHMWPE繊維生産能力を構築しており、製品はロボットの腱・紐(腱縄)に使用できる。同社は現在、ロボットの伝動材料について共同で取り組んでいる。小鹏は自社開発のIRONロボットにe-skinの生体模倣皮膚を搭載し、3000個超の触覚センサーを統合している。

身体性ロボットの入門(科普)

従来の産業用ロボットと異なり、身体性ロボットとは、物理的な実体を持ち、実世界と直接インタラクションすることで、自律的な認知・推論・意思決定・実行を完了できるインテリジェントロボットを指す。複雑な環境の中でも自律的に移動し、柔軟に操作でき、さらには人間のように「触覚」や「筋肉」を通じて柔軟なインタラクションを実現する。簡潔に言えば、AIに「身体」を与え、「脳の思考+身体の実行」を実現する閉ループ能力を作り上げることだ。

では、身体性ロボットはどのようにして「一歩ずつ」実験室から出てきたのか? 2022〜2024年の間は実験室の試作機段階にあり、テスラOptimus、ユービ選Walkerなどの代表的な製品が登場し、技術の実現可能性が検証された。その後、2025年に、主要企業が小規模での納入を開始し、業界は実質的な実装段階へと入り、身体性ロボットは正式に「量産元年」に突入した。

今年は、規模化した商用の重要な転換点だと見なされており、かつ中核技術にも複数のブレークスルーが到来している。ドライブ制御と駆動の一体化モジュールは応答速度が0.25ms、触覚センサーはブラインド操作を実現し、完成機の重量は35kg以下にまで引き下げられ、航続時間は40%向上した、など。

主要部品の材料の応用と代替の進展

身体性ロボットの領域では、材料が多元的で、技術が融合し、シーンが細分化されるという3つの際立った特徴がみられる。以下は、機体上のさまざまな重要部品に用いられている材料の紹介である。

PEEK(密度1.3g/cm³、単機使用量1.2-2.5kg)は関節および伝動部品に使用され、鋼材および一般的なエンプラを置き換えている。ヘッド機種での材料代替率は約 30%-40%、中低端機種では20%-30%;

TPEは人工筋肉に使用され、従来のシリコンおよびゴムを置き換える。中高端機種での代替比率は55%超;

SiTPVは人工皮膚に適応し、従来のシリコンおよび一般的なTPUに置き換える。生体模倣ロボット領域での代替率は約 25%-30%であり、双方が柔軟な生体模倣機能を支えている。

柔軟導電性ポリマー(コアはPEDOT:PSS、ポリピロール、ポリアニリン)を電子皮膚の触覚センサーに用い、従来の金属電極や導電性ゴムに置き換える。高端機種での代替比率は70%超、中低端機種は40%へと加速している;

LCPは耐高温であり、高周波伝動および絶縁部品に適応し、従来のエポキシ系材料やPOMを置き換える。高端機種での代替率は約30%-35%であり、さらに継続的に向上している。

DEA(変形量300%、応答時間<10ms)は柔軟な駆動に用いられ、試験段階として従来のモーターおよび形状記憶合金を置き換えるが、適用は高端の生体模倣ロボットにおける試点用途に限られ、代替率は5%に満たない;

光硬化3Dプリントのエラストマー(精度50μm、硬化時間<10s)は、従来の射出成形エラストマー部品に置き換わっており、研究開発および小規模生産での代替比率は55%超。

以上を踏まえると、身体性ロボットは「感知-意思決定-実行」の閉ループによって人と機械のインタラクションを再構築し、多次元の協調特性を示している。PEEK、TPEなどの新材料が従来部品の置き換えを加速し、柔軟な生体模倣機能を支える。さらに、IDCはこれを物理AIの中核的な形態だとしており、2029年には世界のロボット市場における占有率が30%を超える見込みだ。一方で業界では、2026年に規模化した商用の重要な局面を迎えると考えている。

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