引言

在2025年春晚的舞臺上，機(jī)器人《秧BOT》節(jié)目以其精湛的表演和高度的人工智能水平吸引了全國觀眾的眼球。這一節(jié)目不僅展示了我國機(jī)器人技術(shù)的飛速發(fā)展，還體現(xiàn)了復(fù)合材料在機(jī)器人制造中的廣泛應(yīng)用。本文旨在通過春晚機(jī)器人甩手絹節(jié)目這一生動(dòng)案例，綜述機(jī)器人的發(fā)展史及其復(fù)合材料的應(yīng)用。

一、機(jī)器人發(fā)展史

1. 早期機(jī)器人的萌芽與幻想

機(jī)器人的起源可以追溯到3000多年前，人類一直夢想著創(chuàng)造出一種能夠代替自己進(jìn)行各種工作的機(jī)器或人造人。“機(jī)器人”一詞雖然在40多年前才作為專業(yè)術(shù)語被引用，但這一概念在人類的想象中已存在數(shù)千年。在我國西周時(shí)代，就有關(guān)于巧匠偃師獻(xiàn)給周穆王一個(gè)歌舞機(jī)器人的故事。而在國外，古希臘發(fā)明家戴達(dá)羅斯也為克里特島國王邁諾斯塑造了一個(gè)守衛(wèi)寶島的青銅衛(wèi)士塔羅斯。這些早期的機(jī)器人幻想和嘗試，標(biāo)志著人類對機(jī)器人技術(shù)的初步探索。

進(jìn)入近代，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，機(jī)器人逐漸從幻想走向現(xiàn)實(shí)。18世紀(jì)，日本人若井源大衛(wèi)門和源信制造出了端茶玩偶，它能夠自動(dòng)將茶送到客人手中。19世紀(jì)，加拿大人摩爾設(shè)計(jì)了能行走的蒸汽動(dòng)力機(jī)器人“安德羅丁”。這些機(jī)器人珍品標(biāo)志著人類在機(jī)器人從夢想到現(xiàn)實(shí)這一漫長道路上邁出了堅(jiān)實(shí)的一步。

2. 工業(yè)機(jī)器人的誕生與發(fā)展

工業(yè)機(jī)器人的最早研究可追溯到第二次世界大戰(zhàn)后不久。20世紀(jì)40年代后期，橡樹嶺和阿爾貢國家實(shí)驗(yàn)室開始研制遙控式機(jī)械手，用于搬運(yùn)放射性材料。這些系統(tǒng)是“主從”型的，能夠準(zhǔn)確地“模仿”操作員手和臂的動(dòng)作。

1954年，G.C.Devol提出了“通用重復(fù)操作機(jī)器人”的方案，并在1961年獲得了專利。1958年，被譽(yù)為“工業(yè)機(jī)器人之父”的Joseph F. Engelberger創(chuàng)建了世界上第一個(gè)機(jī)器人公司——Unimation公司，并參與設(shè)計(jì)了第一臺Unimate機(jī)器人。這是一臺用于壓鑄的五軸液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)器人，手臂的控制由一臺計(jì)算機(jī)完成，能夠記憶完成180個(gè)工作步驟。與此同時(shí)，美國AMF公司也開始研制工業(yè)機(jī)器人Versatran，主要用于機(jī)器之間的物料運(yùn)輸。

Unimate機(jī)器人

20世紀(jì)60年代和70年代是機(jī)器人發(fā)展最快、最好的時(shí)期。1960年，美國機(jī)床鑄造公司生產(chǎn)出圓柱坐標(biāo)的VERSATRAN型機(jī)器人，可做點(diǎn)位和軌跡控制。同年，第一批電焊機(jī)器人用于工業(yè)生產(chǎn)。隨后，美國Unimation公司研制出球坐標(biāo)的UNIMATE型機(jī)器人，它采用電液伺候驅(qū)動(dòng)、磁鼓存儲，可完成近200種示教在線動(dòng)作。這些機(jī)器人的出現(xiàn)和廣泛應(yīng)用，極大地推動(dòng)了制造業(yè)的自動(dòng)化進(jìn)程。

3. 感知機(jī)器人與智能機(jī)器人的興起

隨著傳感器技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)性能的提升，第二代感知機(jī)器人（自適應(yīng)機(jī)器人）應(yīng)運(yùn)而生。這類機(jī)器人具有不同程度的“感知”能力，能夠根據(jù)環(huán)境變化調(diào)整自己的行為。在工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域，感知機(jī)器人的應(yīng)用進(jìn)一步增強(qiáng)了機(jī)器人的柔性和適應(yīng)性。

進(jìn)入21世紀(jì)，隨著人工智能技術(shù)的快速發(fā)展，第三代智能機(jī)器人逐漸成為研究熱點(diǎn)。智能機(jī)器人具有識別、推理、規(guī)劃和學(xué)習(xí)等智能機(jī)制，能夠在非特定的環(huán)境下作業(yè)。目前，這類機(jī)器人仍處于試驗(yàn)階段，但已展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。例如，特斯拉的人形機(jī)器人Optimus就采用了先進(jìn)的智能技術(shù)和輕量化材料，以實(shí)現(xiàn)高效的運(yùn)動(dòng)和靈活的操作。

二、機(jī)器人使用的復(fù)合材料

1. 復(fù)合材料在機(jī)器人制造中的重要性

復(fù)合材料是由兩種或兩種以上不同性質(zhì)的材料，通過物理或化學(xué)的方法，在宏觀上組成具有新性能的材料。在機(jī)器人制造中，復(fù)合材料的應(yīng)用具有重要意義。一方面，復(fù)合材料具有高強(qiáng)度、高剛度、低密度等優(yōu)點(diǎn)，能夠有效減輕機(jī)器人的自重，提高運(yùn)動(dòng)效率和靈活性；另一方面，復(fù)合材料具有良好的耐腐蝕性和耐高溫性，能夠適應(yīng)各種惡劣的工作環(huán)境。

2. 機(jī)器人常用的復(fù)合材料

（1）金屬合金復(fù)合材料

金屬合金如鋁合金、鈦合金等在人形機(jī)器人制造中應(yīng)用廣泛。鋁合金具有密度小、強(qiáng)度較大、比強(qiáng)度接近高合金鋼、比剛度超過鋼等特點(diǎn)，鑄造性能和塑性加工性能良好，在導(dǎo)電、導(dǎo)熱、耐腐蝕和可焊性方面也比較理想。鈦合金則具有更高的強(qiáng)度和耐腐蝕性，但成本相對較高。這些金屬合金可以作為機(jī)器人的結(jié)構(gòu)材料使用，支撐機(jī)器人的整體框架和運(yùn)動(dòng)部件。

（2）碳纖維復(fù)合材料

碳纖維復(fù)合材料在人形機(jī)器人上的應(yīng)用優(yōu)勢明顯。碳纖維的密度僅為鋼材的約1/3，但其強(qiáng)度卻遠(yuǎn)高于許多金屬材料。這意味著在保持結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的同時(shí)，可以顯著減輕人形機(jī)器人的自重。此外，碳纖維復(fù)合材料還具有高剛度和耐疲勞、耐腐蝕和耐高溫、熱膨脹系數(shù)低、能量效率高等特點(diǎn)。這些優(yōu)點(diǎn)使得碳纖維復(fù)合材料成為機(jī)器人機(jī)械臂、關(guān)節(jié)部位等關(guān)鍵部件的理想選擇。特斯拉人形機(jī)器人Optimus就采用了碳纖維材料制成輕質(zhì)機(jī)身，以提高機(jī)器人的能效和負(fù)載能力。

（3）PEEK復(fù)合材料

PEEK材料作為一種特種工程塑料，在人形機(jī)器人領(lǐng)域也有較高的應(yīng)用潛力。PEEK材料比強(qiáng)度約是鋁合金的8倍，具有極好的耐熱、耐磨、耐輻照等優(yōu)異的物理及化學(xué)綜合性能。在不影響性能的情況下，PEEK材料可以讓人形機(jī)器人減重，同時(shí)提高機(jī)器人的能效和負(fù)載能力。此外，PEEK材料還具有優(yōu)異的拉伸性能、抗蠕變性、絕緣性能和耐化學(xué)性，在半導(dǎo)體、醫(yī)療、新能源汽車等領(lǐng)域也有廣泛應(yīng)用。

3. 復(fù)合材料在春晚機(jī)器人節(jié)目中的應(yīng)用

在春晚機(jī)器人扭秧歌節(jié)目中，機(jī)器人不僅需要完成精確的動(dòng)作控制，還需要具備良好的柔韌性和耐用性。這就要求機(jī)器人的制造材料必須同時(shí)具備高強(qiáng)度、高剛度和輕質(zhì)等特性。碳纖維復(fù)合材料作為機(jī)器人制造中的優(yōu)選材料，在這一節(jié)目中發(fā)揮了重要作用。

通過采用碳纖維復(fù)合材料制成的機(jī)械臂和關(guān)節(jié)部件，機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)高效、靈活的動(dòng)作控制。同時(shí)，碳纖維復(fù)合材料的輕質(zhì)特性使得機(jī)器人在表演過程中能夠減少能耗，提高運(yùn)動(dòng)效率。此外，碳纖維復(fù)合材料的耐疲勞和耐腐蝕性能也保證了機(jī)器人在長期表演中的穩(wěn)定性和耐用性。

除了碳纖維復(fù)合材料外，其他復(fù)合材料如金屬合金和工程塑料也在春晚機(jī)器人甩手絹節(jié)目中得到了應(yīng)用。金屬合金用于制造機(jī)器人的承重部件和結(jié)構(gòu)框架，保證了機(jī)器人的整體穩(wěn)定性和強(qiáng)度。工程塑料則用于制造機(jī)器人的外殼和連接件等非承重部件，降低了機(jī)器人的整體重量和成本。

三、復(fù)合材料在機(jī)器人制造中的發(fā)展趨勢

隨著科技的不斷發(fā)展，復(fù)合材料在機(jī)器人制造中的應(yīng)用將呈現(xiàn)出以下趨勢：

1. 材料性能的不斷提升

科研人員將不斷研發(fā)新型復(fù)合材料，以提高其強(qiáng)度、剛度、耐熱性、耐腐蝕性等方面的性能。這將使得機(jī)器人在面對更復(fù)雜、更惡劣的工作環(huán)境時(shí)表現(xiàn)出更強(qiáng)的適應(yīng)性和穩(wěn)定性。

2. 材料成本的降低與環(huán)保性的提升

隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷改進(jìn)和規(guī)模化生產(chǎn)的應(yīng)用，復(fù)合材料的成本將逐漸降低。同時(shí)，科研人員也將注重復(fù)合材料的環(huán)保性，以減少對環(huán)境的污染和破壞。這將使得復(fù)合材料在機(jī)器人制造中的應(yīng)用更加廣泛和可持續(xù)。

3. 多材料復(fù)合技術(shù)的發(fā)展

為了滿足機(jī)器人對材料性能的多樣化需求，科研人員將不斷探索多材料復(fù)合技術(shù)。通過將不同性質(zhì)的材料進(jìn)行復(fù)合，可以制備出具有優(yōu)異綜合性能的復(fù)合材料。這將為機(jī)器人制造提供更多樣化、更高性能的材料選擇。

4. 智能化制造技術(shù)的應(yīng)用

隨著智能化制造技術(shù)的不斷發(fā)展，復(fù)合材料在機(jī)器人制造中的應(yīng)用將更加高效和精確。通過采用先進(jìn)的智能化制造技術(shù)和設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料的精確加工和成型，提高機(jī)器人的制造精度和效率。

結(jié)語

春晚機(jī)器人甩手絹節(jié)目不僅展示了我國機(jī)器人技術(shù)的飛速發(fā)展，還體現(xiàn)了復(fù)合材料在機(jī)器人制造中的廣泛應(yīng)用。通過綜述機(jī)器人的發(fā)展史和復(fù)合材料的應(yīng)用，我們可以看到機(jī)器人在人類社會中扮演著越來越重要的角色。未來，隨著科技的不斷進(jìn)步和復(fù)合材料性能的不斷提升，機(jī)器人將在更多領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用，為人類社會的發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。