Mengapa Robot Humanoid Membuka Samudera Biru Baru Untuk Aplikasi Motor Tanpa Biji

 

Robot humanoid, sebagai perwakilan luar biasa dari robot serba guna dan pembawa ideal "kecerdasan yang diwujudkan", di satu sisi mendapat manfaat dari pesatnya perkembangan kecerdasan buatan umum, dan di sisi lain, dengan menjadi jembatan antara AI dan dunia nyata dengan "kecerdasan yang diwujudkan", secara bertahap berkembang menjadi platform terminal untuk kecerdasan buatan umum generasi berikutnya. Dalam tugas-tugas robot, model AI besar mengambil peran penting dalam penalaran dan pengambilan keputusan, mengubah instruksi kompleks menjadi langkah-langkah yang dapat dieksekusi oleh robot dengan menganalisis perintah bahasa alami. Selain itu, penambahan model besar AI multimodal secara signifikan meningkatkan akurasi dan efisiensi penalaran dan pengambilan keputusan, memberikan dukungan penting bagi robot humanoid untuk maju menuju generalisasi.

 

 

Pesatnya perkembangan industri robotika bergantung pada inovasi teknologi komponen utama dan stabilitas pasokannya. Dalam robot humanoid, peredam, sistem servo, dan pengontrol dianggap sebagai tiga komponen inti, yang bersama-sama menyumbang lebih dari 70% dari total biaya. Selain itu, sebagai komponen inti, nilai motor tidak bisa diabaikan. Pada robot humanoid seperti Optimus, biaya motor menyumbang sekitar 25% dari total nilai komponen.

 

Dengan asumsi volume pengiriman global robot humanoid akan mencapai 5 juta unit pada dekade berikutnya, permintaan motor tanpa inti (tanpa inti besi) akan mengalami pertumbuhan pasar yang besar selama periode ini. Berdasarkan harga satuan, peningkatan pasar untuk motor tanpa biji dapat mencapai 350 miliar RMB, sedangkan peningkatan pasar untuk motor tanpa biji diperkirakan akan melebihi 78 miliar RMB. Bersama-sama, keduanya akan membentuk ruang pasar yang luas sebesar 428 miliar RMB.

 

 

Tidak seperti robot industri yang digunakan dalam lingkungan kerja tetap, robot humanoid terutama melayani skenario kehidupan manusia sehari-hari. Robot-robot ini tidak hanya membutuhkan kemampuan persepsi, pengambilan keputusan, dan tindakan tetapi juga perlu mensimulasikan pola perilaku manusia untuk berinteraksi dengan lingkungan dan pengguna dengan cara yang lebih alami. Oleh karena itu, motor, sebagai komponen inti aktuator sambungan, secara langsung mempengaruhi fleksibilitas, presisi, dan stabilitas robot.

 

Di antara berbagai teknologi penggerak, penggerak motor listrik menunjukkan keunggulan signifikan dibandingkan penggerak hidrolik. Solusi penggerak motor listrik memanfaatkan teknologi kontrol gerakan yang matang, memberikan umpan balik status gerakan secara real-time melalui encoder presisi tinggi untuk memastikan kontrol yang akurat. Pada saat yang sama, biaya sistem penggerak motor listrik lebih rendah dibandingkan sistem hidrolik, dan perawatan yang diperlukan lebih sedikit. Karakteristik hemat biaya ini menjadikan penggerak motor listrik salah satu pilihan utama untuk pengembangan robot humanoid.

 

Diantaranya, motor tanpa inti, dengan karakteristik ringan, efisiensi tinggi, dan inersia rendah, telah menjadi komponen kunci dalam meningkatkan kinerja robot humanoid.Motor tanpa inti dapat memberikan kepadatan daya yang lebih besar dan kecepatan respons yang lebih tinggi dalam volume kecil, memungkinkan robot menunjukkan kinerja unggul dalam kendali gabungan multi-derajat kebebasan. Selain itu, motor tanpa inti memiliki konsumsi energi yang lebih rendah, sehingga membantu robot mencapai masa pakai baterai yang lebih lama.

 

1.1 Robot Humanoid Berintegrasi dalam Kehidupan Sehari-hari, Menampilkan Kekuatan Teknologi Nasional

Robot humanoid lambat laun menjadi asisten yang andal dalam kehidupan manusia sehari-hari, mampu membantu berbagai tugas kompleks. Tidak seperti robot industri, yang biasanya bekerja di lingkungan tetap, robot humanoid dirancang untuk berintegrasi dengan lingkungan manusia sehari-hari. Robot-robot ini tidak hanya memiliki kemampuan inti seperti persepsi, pengambilan keputusan, dan tindakan tetapi juga memiliki karakteristik gerakan mirip manusia dan desain penampilan yang ramah, sehingga lebih mudah diterima oleh manusia dan menciptakan rasa keakraban. Dengan beradaptasi secara fleksibel terhadap lingkungan yang berbeda, robot humanoid menunjukkan potensi penerapan yang sangat besar di berbagai bidang seperti rumah, layanan, dan perawatan kesehatan.

 

Sebagai perangkat cerdas yang canggih, robot humanoid dianggap sebagai simbol kekuatan teknologi nasional. Perkembangannya memerlukan mengatasi hambatan teknologi di berbagai disiplin ilmu, termasuk teknik mesin, teknik elektro, ilmu material, teknologi penginderaan, sistem kendali, dan kecerdasan buatan. Dengan fitur penampilan mirip manusia, kemampuan berjalan bipedal, dan teknologi kontrol gerak yang sangat terkoordinasi, robot humanoid dapat melakukan tugas fisik dan berkomunikasi dengan manusia melalui bahasa atau ekspresi wajah. Dibandingkan dengan robot tradisional, robot humanoid menunjukkan keunggulan signifikan dalam interaksi manusia-mesin, adaptasi lingkungan, dan fleksibilitas tugas.

 

 

1.2 Perkembangan Robot Humanoid: Dari Konsep Hingga Industrialisasi

Konsep robot telah ada selama lebih dari satu abad, dan penelitian tentang robot humanoid dimulai pada pertengahan-20abad ke-20, mengalami proses pengembangan yang panjang mulai dari prototipe laboratorium hingga tahap awal industrialisasi. Penggunaan paling awal dari istilah "robot" berasal dari drama RUR (Rossum's Universal Robots) karya penulis Ceko Karel Čapek, yang berarti budak mesin yang melayani umat manusia. Produksi massal robot industri dimulai pada tahun 1960an, dengan lengan robot "UNIMATE" diluncurkan oleh perusahaan Amerika Unimation, yang membuka era robot industri komersial.

 

Penelitian dan pengembangan robot humanoid dimulai di Jepang dan secara bertahap memasuki tahap sistematisasi dan dinamika tinggi:

 

Tahap Eksplorasi Awal (Sekitar tahun 1970an): Pada tahun 1973, Profesor Ichiro Kato dari Universitas Waseda di Jepang mengembangkan robot humanoid pertama di dunia, WABOT-1, dan mekanisme berjalan bipedal WL-5 meletakkan dasar bagi humanoid robot.

 

Tahap Integrasi Teknologi (1980-an-1990s): Pada tahun 1986, Honda memulai penelitian robot humanoid ASIMO, dan pada tahun 2000, model ASIMO generasi pertama dirilis, menandai masuknya robot humanoid ke tahap teknologi yang sangat terintegrasi.

 

Tahap Terobosan Kinerja Dinamis (2000-2020): Pada tahun 2016, Boston Dynamics Amerika Serikat merilis robot bipedal Atlas, yang, dengan kemampuan penyeimbangan yang kuat dan kinerja melintasi rintangan, mencapai tingkatan baru dalam pergerakan dinamis dan pelaksanaan tugas di lingkungan berbahaya.

 

Tahap Industrialisasi Awal (2020-sekarang): Pada tahun 2022, Tesla meluncurkan prototipe robot humanoid Optimus, menampilkan kecerdasan buatan dan teknologi penggerak motor yang sangat terintegrasi di Tesla AI Day. Optimus versi 2023 mampu melakukan klasifikasi objek dan keseimbangan yang tepat, menandakan bahwa robot humanoid secara bertahap bergerak menuju aplikasi praktis.

 

1.3 Integrasi Mendalam Robot Humanoid dan Teknologi Motorik

Evolusi robot humanoid yang terus menerus tidak terlepas dari dukungan teknologi motorik. Sebagai komponen inti penggerak bersama robot, motor tidak hanya menentukan kinerja gerak robot tetapi juga mempengaruhi fleksibilitas dan daya tahannya. Dengan presisi tinggi, konsumsi energi rendah, dan keandalan, penggerak motor secara bertahap menjadi solusi daya yang paling umum digunakan untuk robot humanoid. Sementara itu, motor tanpa inti, dengan keunggulan ringan, efisiensi tinggi, dan inersia rendah, memberikan dukungan teknologi penting bagi pesatnya perkembangan robot humanoid.

 

Di masa depan, dengan terobosan lebih lanjut dalam teknologi, robot humanoid akan semakin banyak digunakan dalam berbagai skenario kehidupan, memberikan vitalitas baru ke dalam pembangunan ekonomi dan sosial global. Hal ini menjadikan pasar motor, khususnya pasar motor tanpa biji, menjadi samudra biru yang baru dan sangat dinantikan.

 

1.4 Struktur Robot Humanoid: Analisis Komponen Utama

Struktur kunci robot humanoid dapat dibagi menjadi tiga modul utama: aktuator, pengontrol, dan sensor. Komponen utama seperti motor, reduksi, dan sensor menentukan kinerja robot. Di bawah ini adalah analisis rinci dari komponen-komponen tersebut:

 

1.4.1 Motorik

Motor merupakan inti dari pelaksanaan gerak robot humanoid, antara lain motor servo, motor stepper, motor torsi, dan motor bola. Diantaranya, motor torsi dianggap ideal untuk sambungan robot humanoid dengan kebutuhan kecepatan rendah dan torsi tinggi karena kemampuannya memberikan torsi tinggi pada kecepatan sedang dan rendah. Namun, kesulitan penelitian dan produksinya relatif tinggi sehingga memerlukan terobosan dalam mengatasi kemacetan teknologi.

 

1.4.2 Peredam

Peredam harmonik dikenal luas karena strukturnya yang ringkas, rasio transmisi tinggi, dan presisi yang unggul, menjadikannya pilihan umum untuk komponen sambungan robot. Namun, daya tahan dan masa pakainya masih perlu ditingkatkan.

 

1.4.3 Sensor

Sensor memainkan peran penting dalam robot, khususnya sensor torsi, yang merupakan bagian penting dari desain sambungan. Sensor-sensor ini, dikombinasikan dengan motor dan reduksi, membentuk rakitan gabungan dan memberikan kontrol gerakan yang presisi serta umpan balik gaya.

 

1.4.4 Metode Penggerak Ekstremitas Atas

Tungkai atas sebagian besar menggunakan desain sekrup bola, yang mengubah gerakan bolak-balik bola menjadi gerakan linier sekrup. Dibandingkan dengan penggerak sabuk atau rantai, sekrup bola memiliki lebih sedikit gesekan, biaya pengoperasian dan pemeliharaan yang lebih rendah, dan presisi yang lebih tinggi.

 

1.4.5 Metode Penggerak Ekstremitas Bawah

Sekrup roller planet, yang dikenal karena ketahanannya terhadap benturan gaya eksternal dan masa pakai yang lama, telah menjadi pilihan utama untuk penggerak ekstremitas bawah, terutama cocok untuk menangani kebutuhan kontrol gaya berjalan yang kompleks.

 

1.4.6 Sendi Tangan

Sendi tangan umumnya menggunakan motor tanpa biji. Motor ini memiliki desain yang sederhana, ringan, dan merupakan komponen penggerak yang ideal untuk pergerakan jari, memungkinkan pengendalian yang lebih halus.

 

Selain itu, pilihan bantalan untuk sambungan linier dan putar mencakup bantalan kontak sudut, bantalan rol bersilang, dan bantalan bola dalam alur. Komponen-komponen ini bersama-sama memastikan bobot robot yang ringan, presisi, dan andal.

 

 

Keuntungan Cerdas dari Penggerak Motor

Dibandingkan dengan penggerak hidrolik, penggerak motor menunjukkan kinerja cerdas yang luar biasa dalam pengendalian gerakan. Misalnya, robot humanoid Tesla mengadopsi teknologi motor servo kepadatan torsi tinggi, dan kontrol gerak cerdasnya jauh melebihi sistem hidrolik tradisional. Desain ini tidak hanya memungkinkan umpan balik status gerakan secara real-time untuk memastikan presisi kontrol tetapi juga menjaga biaya tetap rendah, sehingga cocok untuk aplikasi skala besar.

 

Persyaratan Kinerja untuk Motor Servo

Sebagai inti dari aktuator robot, motor servo harus memenuhi persyaratan kinerja berikut:

• Responsif Cepat: Motor servo perlu hidup dan berhenti dengan cepat untuk beradaptasi dengan lingkungan dinamis tinggi.
• Rasio Torsi-Inersia Awal yang Tinggi: Motor servo harus menghasilkan torsi awal yang tinggi dengan tetap mempertahankan inersia rotasi yang rendah.
• Kontrol Berkelanjutan dan Karakteristik Linier: Kecepatan motor perlu disesuaikan secara terus menerus dengan perubahan sinyal kontrol untuk memastikan eksekusi yang tepat.
• Desain Ringkas: Motor servo harus berukuran kecil dan ringan agar sesuai dengan tata ruang robot yang ringkas.
• Daya Tahan dan Kemampuan Kelebihan Beban: Motor servo harus tahan terhadap rotasi maju dan mundur yang sering serta operasi akselerasi/deselerasi, dan menanggung beberapa kali beban tetapan untuk jangka waktu pendek.

Karakteristik ini membuat motor servo sangat diperlukan dalam bidang robotika, meletakkan dasar bagi kecerdasan dan stabilitas robot yang lebih tinggi.

 

Lanjutkan membaca: Inti dari gerak robot - peran penting motor dalam presisi - Bagian 2