文章来源于：化学化工学会公众号
科技已经照进现实
科技的马良神笔已经勾勒出未来现实的轮廓，人形机器人已经从想象中迈步进入我们的生活。
AI科技飞速发展的同时，也推动着化工材料科学的大力发展，这两个看似不相关的领域，一起带来了人形机器人性能的飞跃。
从特斯拉Optimus-Gen2减重10kg的例子，不难看出，轻量化的化工材料也为人形机器人带来了革命性的改变。
随着人形机器人产业化，推动了高端化工材料的“性能突围之战”，此战的胜负，也决定人形机器人未来发展的高度。
一、拆解人形机器人的“骨骼”与“皮肤”
轻量化骨架材料
人形机器人的关节、齿轮和躯干等关键运动部位，用的并不是大家想象的合金，而是PEEK（聚醚醚酮）材料。
为什么不是金属呢？主要原因为PEEK的密度只有铝合金的一半，能帮助机器人减重40%，为机器人的整体性能的提升提供了非常大的助力。
特斯拉2023年12月发布的Optimus-Gen2人形机器人，其关键部位的材料就是PEEK。在不牺牲机器人整体性能的前提下，整体减重10公斤，行走速度提升了30%。
机器人机械臂的核心材料用的是碳纤维复合材料（CFRP），在相同强度下重量只有金属材料的1/3，有效的提升了助力机械臂的响应速度和高精度操作。
特种工程塑料（如PA、PPS等）以其优异的机械性能替代了金属，使机器人的精密部件更轻便，复杂结构的制造难度也大大的减低。
感知交互材料
PDMS（聚二甲基硅氧烷）和PI（聚酰亚胺）薄膜等柔性材料，是电子皮肤理想的基底材料。其感知灵敏度非常接近人类的触觉，可以为人形机器人提供细腻的感知能力。
石墨烯、导电聚合物等材料可以用于柔性传感器材料，能够提高机器人在温度、压力、湿度等多维度信息的感知灵敏度，提升与环境交互的能力。
二、为何必须用这些材料？
轻量化与强度的平衡
PEEK的强度和重量比优于铝合金，碳纤维的抗拉强度是钢的7倍。这些材料的优异的性能可以在人形机器人减轻重量的同时，依然能够提供足够的强度和稳定性。完全可以满足机器人在复杂运动和精密操作时的必备功能。
环境适应性
PEEK材料耐高温（260℃）、耐腐蚀，PDMS耐极端温度（-50-200℃），使用这些材料能够保证人形机器人能够在各种极端恶劣环境下稳定运行。这些条件大大的拓展了机器人的应用场景，如火灾救援，高原极寒天气、封闭空间作业、甚至战争等场景。
功能集成需求
PI薄膜兼具柔韧性与导电性，给机器人的皮肤提供了多模态感知性能，使其能够无限的接近人类的触觉和感知能力，为用户提供更好的人机交互体验。
三、谁在掌控机器人材料的命脉？
上游原料被“卡脖子”了
氟酮（DFBP）是生产PEEK的核心原料，目前全球只有中国、英国、印度能够规模化生产，国内企业江苏新瀚、辽宁兴福、浙江中欣氟材三家的产能占全球50%。
由于生产企业数量有限，供应量可能无法满足未来大量的PEEK市场需求，且原料的稳定性和质量对整个产业链非常重要。
高纯度碳纤维的高端产品，一直被日本东丽公司垄断。中复神鹰、光威复材、吉林化纤等8家国内有企业也有较大的产能，但主要集中在中低端产品。
并且其较高的生产成本也限制了该材料的大面积应用。
中游制造壁垒
PEEK合成：全球仅4家千吨级以上企业（英国威格斯、比利时索尔维、德国赢创、中国中研股份），国内还有7家企业产能都是百吨级吨。四家千吨级生产企业在合成技术和生产工艺上具有深厚的积累，构成了PEEK生产的高技术壁垒。
PI薄膜：处于主导地位的是美国杜邦、韩国SKC，国内企业瑞华泰、时代新材等企业也在积极推进国产化替代，在技术和产能突破前，会一直受制于人。
下游应用举例
特斯拉Optimus： 骨架为PEEK，机械臂为碳纤维，单台设备的化工材料成本超过万元。这也说明高端化工材料在人形机器人制造中，有着很关键的作用。
优必选Walker X：使用了PDMS作为机器人的电子皮肤，可以很好的实现抓握力的精准控制，为人形机器人提供了优秀的精细操作和人际交互体验。
四、一个万亿市场的诞生
市场爆发预测
2024年全球人形机器人出货量约数千台，预计到2030年可能突破数万台，年复合增长率（CAGR）高达80%以上。
随着技术的不断进步和生产成本的持续降低，人形机器人的市场潜力将会大大地释放。
可以想象一下，也许用不了几年，家家都会有一个全年无休，不要工资不要吃饭，不抱怨任劳任怨的人形机器人保姆，会是个什么体验。
政策与资本的助推
中国“十四五”新材料规划将PEEK、碳纤维列为重点攻关项目，政策的支持为相关企业提供了发展动力。
特斯拉、英伟达等国际巨头跨界投资材料研发和生产，在资本的推波助澜之下，技术突破和产业化进程必将大大提前。
材料革命背后的启示
人形机器人是人工智能技术的革命性成果，也是高端化工材料的“隐形战场”。
人工智能和化工材料，将直接决定人形机器人未来的发展方向和实际的应用范围。
这些都是“科技改变生活，理想照进现实“的显示体现。
一审一校：黄杨
二审二校：何玲
三审三校：雷振友
