Humanoïde robots maken langzaam de stap van demonstratiemodel naar praktische toepassing. Fabrikanten richten zich steeds meer op proefprojecten, productierijpe ontwerpen en de eerste kleinschalige uitrol. Daardoor groeit ook de aandacht voor actuatoren, de onderdelen die de bewegingen van een robot mogelijk maken.
Actuatoren zorgen ervoor dat een humanoïde robot kan lopen, tillen, gereedschap gebruiken en met zijn omgeving kan omgaan. Ze vormen als het ware de spieren van de machine. Volgens onderzoeksbureau IDTechEx zal de verkoop van humanoïde robots de komende tien jaar jaarlijks gemiddeld met 47 procent groeien. Dat kan nieuwe kansen opleveren voor producenten van materialen en onderdelen.
Een humanoïde robot bevat gemiddeld 31 actuatoren, exclusief grijpers en robotische handen, blijkt uit een analyse van meer dan vijftig robots en prototypes. Niet ieder gewricht heeft hetzelfde type actuator nodig. Voor polsen en enkels volstaan doorgaans kleinere systemen, terwijl heupen en knieën zwaardere onderdelen nodig hebben om het gewicht van de robot te dragen.
Actuatoren bepalen bovendien een groot deel van het totale gewicht. IDTechEx schat dat zij samen ongeveer 56 procent van een humanoïde robot uitmaken. Voor de constructie worden vooral staal, aluminium en andere metaallegeringen gebruikt. De elektromotoren bevatten vaak permanente magneten op basis van zeldzame aardmetalen, waaronder neodymium-ijzer-boor. Die materialen maken het mogelijk om relatief veel kracht uit een compacte motor te halen.
Elektrische actuatoren zijn op dit moment het meest gangbaar. Pneumatische en hydraulische systemen komen ook voor, maar worden minder vaak toegepast. De meeste fabrikanten kiezen voor stijve actuatoren, omdat die nauwkeurige bewegingen kunnen uitvoeren en zware lasten aankunnen.
Daar staan enkele nadelen tegenover. Stijve systemen zijn relatief zwaar, kunnen gevoelig zijn voor schokken en slijten door herhaald gebruik. Het extra gewicht heeft ook gevolgen voor het energieverbruik en de accuduur van de robot. Fabrikanten zoeken daarom naar manieren om actuatoren lichter te maken zonder in te leveren op stevigheid en betrouwbaarheid.
Een mogelijk alternatief is de zachte actuator. Die maakt gebruik van materialen die onder invloed van elektriciteit, warmte, druk of een magnetisch veld van vorm veranderen. Voorbeelden zijn elektroactieve polymeren, vormgeheugenlegeringen en piëzo-elektrische materialen. Zulke actuatoren kunnen bewegingen nabootsen die meer lijken op die van menselijke spieren.
De technologie staat echter nog in de ontwikkelingsfase. Voorlopig zullen stijve actuatoren naar verwachting de standaard blijven. Op langere termijn kunnen hybride ontwerpen ontstaan, waarbij zachte actuatoren worden gebruikt voor soepele, mensachtige bewegingen en stijve systemen voor gewrichten die veel gewicht moeten dragen.
De industrie richt zich ondertussen op standaardisering, efficiëntere productie en de opbouw van betrouwbare toeleveringsketens. Daarbij ontstaan samenwerkingen tussen producenten van humanoïde robots en leveranciers die al actief zijn in de auto-industrie. Die bedrijven beschikken over ervaring met grootschalige productie van motoren, aandrijfsystemen en andere mechanische onderdelen.
De verdere ontwikkeling van humanoïde robots zal daardoor niet alleen afhangen van software en kunstmatige intelligentie. Ook lichtere metalen, sterkere magneten en nieuwe kunststoffen zullen een belangrijke rol spelen bij het verbeteren van bewegingsvrijheid, energieverbruik en levensduur.
