De race naar fysieke kunstmatige intelligentie verplaatst een deel van de technologische druk van GPU’s en datacenters naar veel minder zichtbare componenten. Een voorbeeld hiervan zijn de permanente magneten van neodimium-ijzer-boraat (NdFeB), die worden gebruikt in motoren en actuatoren. Als humanoïde robots op de schaal produceren die sommige bedrijven voorzien, kan het veiligstellen van neodimium, praseodimium, disprosium en terbia een industriële uitdaging worden die vergelijkbaar is met de levering van geavanceerde chips.
De basisprincipes van magneten voor robots en AI in 20 seconden
- Humanoïde robots vereisen vele kleine, krachtige motoren, veelal gebaseerd op NdFeB-magneten.
- Adamas Intelligence voorziet dat robots tegen 2040 de belangrijkste afnemers van deze magneten kunnen worden.
- China beheerst een groot deel van de verwerking van aardmetalen en de wereldwijde productie van magneten.
- De Verenigde Staten investeren in mijnbouw, scheiding, metallurgie en nieuwe fabrieken om die afhankelijkheid te verkleinen.
- Ook worden alternatieve motoren en materialen ontwikkeld die het toekomstige gebruik van aardmetalen kunnen verminderen.
Tot nu toe kon een groot deel van de AI-infrastructuur worden verklaard door een relatief bekende keten: GPU’s, HBM-geheugen, hoge-snelheidsnetwerken, servers, datacenters en elektriciteit. De komst van robots, autonome voertuigen en andere machines die kunnen handelen in de fysieke wereld voegt daar een nieuwe laag aan toe.
Een GPU kan bepalen hoe een robotarm zich moet bewegen, maar uiteindelijk zijn het motoren en actuatoren die dat beweging uitvoeren. Daar komen magneten om de hoek kijken.
Van AI-model tot motor: hardware die een robot aandrijft
NdFeB-magneten combineren neodimium, ijzer en boraat en worden gekenmerkt door een sterk magnetisch veld in een relatief klein volume.
Deze eigenschap verklaart hun aanwezigheid in elektromotoren, windturbines, elektronica, industriële automatisering en defensiesystemen. Ze zijn ook bijzonder geschikt voor robotica.
Een humanoïde robot heeft vele motoren nodig binnen een beperkte ruimte. Armen, schouders, heupen, knieën, handen en andere gewrichten vereisen actuatoren die kracht kunnen genereren en nauwkeurige bewegingen kunnen uitvoeren zonder dat het gewicht van de hele robot toeneemt.
Neodimium en praseodimium bieden de belangrijkste magnetische eigenschappen. Bij toepassingen met hogere temperaturen kunnen zware aardmetalen zoals disprosium en terbia worden toegevoegd om het magnetische gedrag onder hitte te verbeteren.
Het probleem ontstaat wanneer deze architectuur wordt opgeschaald van enkele duizenden prototypes naar miljoenen robots.
Adamas Intelligence verwacht dat de vraag naar NdFeB-magneten door robotica tegen 2040 een van de grootste afnemers kan worden. De adviseur heeft zelfs scenario’s geanalyseerd waarbij een extreme adoptie van humanoïde robots wordt voorgesteld.
Een van deze scenario’s gaat uit van 10 miljard robots, een getal dat Elon Musk recent publiekelijk heeft genoemd als een mogelijke lange-termijndoelstelling. Volgens schattingen zou het maken van die hoeveelheid tegen 2040 een volume magneten vereisen dat 186 keer de huidige wereldwijde jaarlijkse productie van NdFeB bedraagt.
Dit cijfer geeft een indicatie van de omvang van de uitdaging, maar is geen voorspelling van de daadwerkelijke productie. Het realiseren van 10 miljard humanoïdes is verre van bewezen en de technologie van motoren kan aanzienlijk veranderen voordat dergelijke aantallen worden bereikt.
China heeft een voordeel dat verder reikt dan mijnbouw
Over aardmetalen praten wordt vaak gelijkgesteld aan mijnbouw, maar voor de tech-industrie is het probleem veel complexer.
Tussen het delven van het mineraal en het installeren van een magneet in een robot doorlopen meerdere stappen: concentratie, chemische scheiding, productie van oxiden, conversie naar metalen en legeringen, en uiteindelijk fabricage en bewerking van de magneet.
China heeft gedurende decennia een uitgebreide industriële capaciteit opgebouwd voor een groot deel van deze keten.
Dit geldt vooral voor zware aardmetalen zoals disprosium en terbia, die worden gebruikt in magneetstoffen die hoge temperaturen moeten weerstaan zonder hun eigenschappen te verliezen.
De geografische concentratie brengt een risico met zich mee dat lijkt op dat van de halfgeleiderindustrie: beschikking hebben over het natuurlijke grondstoffenreserves betekent niet automatisch dat je die kunt omzetten in een bruikbaar component.
De VS proberen nu deze intermediate stappen opnieuw op te bouwen.
De uitspraak van Donald Trump op 15 juli, waarin hij de Amerikaanse industrie opriep om magneten te gaan maken, vereenvoudigt een breder industrieel beleid.
Washington steunt projecten van mijnbouw tot de fabricage van afgemaakt magneten.
MP Materials laat zien hoe de VS de keten willen reconstrueren
Een van de meest gevorderde initiatieven is dat van MP Materials, eigenaar van Mountain Pass in Californië.
Het bedrijf werkt aan het integreren van Amerikaanse winning, verwerking en de productie van magneten in Texas. De samenwerking met het Amerikaanse Ministerie van Defensie verschaft inzicht in de mate waarin dit niet enkel een mijnbouwzaak is.
In 2025 wordt een minimaal prijs van 110 dollar per kilogram NdPr voor tien jaar afgesproken, onder de voorwaarden van het contract.
De Amerikaanse overheid ondersteunt ook de vergroting van productiecapaciteit.
Het mechanisme probeert een oude valkuil van westerse aardmetalenprojecten te voorkomen: jarenlange investeringen in faciliteiten die vervolgens worden geconfronteerd met Aziatische marktprijzen, die veel lager liggen.
Een gegarandeerde markt compenseert voor dat risico en geeft meer zekerheid aan investeringen die lang lopende terugverdienperiodes kennen.
Deze Amerikaanse strategie wordt bovendien uitgebreid naar disprosium en terbia.
Serra Verde, een Braziliaanse producent die USA Rare Earth onlangs heeft gekocht, heeft vaste minimumprijzen voor de eerste fase van hun productie: 575 dollar per kilogram disprosium en 2.050 dollar voor terbia, naast 110 dollar voor neodimium en praseodimium.
USA Rare Earth kondigde in april een overname van Serra Verde aan voor 2.800 miljoen dollar. Omdat de transactie nog niet is afgerond, hoeft de Braziliaanse producent nog niet als onderdeel van het Amerikaanse bedrijf te worden beschouwd.
De reeks overeenkomsten geeft een belangrijke boodschap af voor de tech-industrie: Washington probeert niet alleen een nieuwe mijn te openen. Het wil een volledige keten opbouwen die ook motoren en componenten kan maken.
Het volgende probleem van AI ligt mogelijk buiten datacenters
Robottechniek vergroot de lijst van fysieke hulpbronnen die met AI verbonden zijn aanzienlijk.
Een datacenter heeft semiconductors, geheugen, koper, glasvezel, transformatoren, koeling en veel elektriciteit nodig. Een robot voegt batterijen, motoren, reductoren, sensoren, lagers en magnetische materialen toe.
Daarom biedt het opschalen van fysieke AI nieuwe uitdagingen ten opzichte van het uitrollen van een model in de cloud.
Het fabriceren van een miljoen robots betekent dat praktisch elke materiaalcomponent één miljoen keer moet worden herhaald. Software kan met zeer lage marginale kosten worden gekopieerd; een elektrische motor niet.
Bedrijven zoals Tesla, Figure, Agility Robotics, Apptronik en andere fabrikanten van humanoïden werken er juist aan om kosten te verlagen en robots te ontwerpen die op grote schaal kunnen worden geproduceerd.
NVIDIA neemt hierin een andere positie in. Hun platformen bieden rekenkracht, modellen en tools om robots te ontwikkelen, maar de marktuitbreiding die ze nastreven hangt ook af van het vermogen van fabrikanten om alle benodigde fysieke componenten te verkrijgen.
Dit is een belangrijke diferentie ten opzichte van puur digitale generatieve AI.
De beschikbaarheid van GPU’s kan toenemen door nieuwe semiconductorfabrieken, maar het leveren van materialen voor miljoenen machines vereist gelijktijdig mijnbouw, chemische planten, metallurgie en een brede industriële capaciteit bij meerdere leveranciers.
Europa probeert ook capaciteit op te bouwen
De reactie beperkt zich niet tot de VS.
Europa heeft projecten om de verwerking en fabricage van magneten te hervormen. Solvay, bijvoorbeeld, heeft activiteiten op het gebied van aardmetalen scheiding in La Rochelle (Frankrijk), terwijl Neo Performance Materials in Estland werkt aan Europese productiecapaciteit voor magneten.
Ook Australië speelt een belangrijke rol dankzij de eigen bronnen en bedrijven zoals Lynas Rare Earths, die een van de grootste niet-Chinese producenten is.
Voor robotbouwers, automakers en industriële systemen biedt deze diversificatie een belangrijke steun: het vermindert afhankelijkheid van een enkele regio voor kritische componenten die niet snel kunnen worden vervangen.
Maar het opbouwen van alternatieve capaciteit kost jaren. Een chemische separatiefaciliteit ontwikkelen gebeurt niet zomaar omdat de prijs van neodimium stijgt, en een nieuwe chipfabriek begint niet binnen enkele maanden met het produceren van geavanceerde chips.
Magneten zonder aardmetalen kunnen de kansen veranderen
Er is bovendien een technologische factor die de lineaire projectie van de huidige vraag tot 2040 bemoeilijkt.
Niet alle elektrische motoren gebruiken permanente magneten van aardmetalen.
Er bestaan inductiemotoren en synchrone motoren met elektrische excitatie, en er wordt onderzoek gedaan naar nieuwe magnetische materialen. Bedrijven zoals Niron Magnetics ontwikkelen bijvoorbeeld magneten op basis van ijzernitraat.
De autobranche heeft al verschillende architecturen gebruikt om kosten of afhankelijkheid te verminderen. Ditzelfde zal naar verwachting ook gaan gelden voor robotica.
Als de prijs of beschikbaarheid van NdFeB problematisch wordt, zullen fabrikanten waarschijnlijk hun motorontwerpen aanpassen om te profiteren van alternatieven.
Daarnaast zal recycling een grotere rol krijgen.
Magneten in voertuigen, harde schijven, industriële apparatuur en andere apparaten bevatten magnetische materialen die kunnen worden teruggewonnen. Een circulaire keten zou een deel van de aardmetalen kunnen herwinnen zonder opnieuw te delven.
Geen van deze oplossingen zal de vraag naar NdFeB-magneten op korte termijn volledig elimineren, maar ze dwingen wel tot voorzichtigheid bij de lange-termijnvoorspellingen, zeker voor de komende tien tot vijftien jaar.
Fysieke AI dwingt ons verder te kijken dan GPU’s
De vraag naar magneten laat zien dat de ontwikkeling van AI zich steeds meer verweeft met industrieën die voorheen weinig met software te maken hadden.
In de eerste grote golf van generatieve AI was de GPU het meest gewilde component. Daarna kwam de rol van HBM-geheugen, elektrische capaciteit, transformatoren en datacenters.
Robottechnologie introduceert een nog complexere keten.
Een humanoïde robot heeft niet alleen compute nodig om zijn omgeving te begrijpen, maar ook honderden of duizenden fysieke componenten die beweging mogelijk maken. In sommige van die motoren zitten slechts gramsmate materialen waarvan de productie sterk geografisch geconcentreerd is.
De Verenigde Staten, Europa, Australië en andere landen investeren miljarden in het ontwikkelen van alternatieven. China heeft jarenlang ervaring en een capaciteit die niet onmiddellijk kan worden gerepliceerd.
De volgende strijd van AI, dus, zal niet alleen gaan over de snelste GPU’s of het beste getrainde model. Een minder zichtbare factor wordt de vraag wie in staat is om op grote schaal de motoren, magneten en materialen te fabriceren die AI kunnen verschuiven van datacenters naar fysieke machines.
Veelgestelde vragen
Waarom hebben humanoïde robots aardmetalenmagneten nodig?
Veel motoren en actuatoren gebruiken NdFeB-magneten vanwege hun hoge magnetische dichtheid in een klein formaat. Dit maakt compacte en krachtige systemen mogelijk die geschikt zijn voor de vele gewrichten van een robot.
Kan een tekort aan magneten de robotproductie beperken?
Het zou een beperking kunnen worden als de productie van humanoïdes veel sneller groeit dan de capaciteit om magneten en aardmetalen te produceren. Toch ontwikkelt de industrie ook alternatieve motoren en materialen.
Waarom is China zo belangrijk in de productie van magneten?
De voordeel ligt niet alleen in mijnbouw. China beschikt over uitgebreide verwerkings-, scheidings-, metallurgische en productiecapaciteiten die decennia lang zijn opgebouwd.
Zijn er motoren voor robots zonder aardmetalen?
Ja. Er bestaan verschillende architecturen zonder permanente magneten van aardmetalen, en er wordt onderzoek gedaan naar nieuwe magnetische materialen. Welke technologie uiteindelijk wordt gekozen, hangt af van factoren zoals prestaties, formaat, kosten, temperatuur en industriële beschikbaarheid.