當(dāng)機(jī)器人擁有“肌肉”與“筋骨”，誰在編織這場材料革命？

實(shí)驗(yàn)室里，一根看似普通的白色纖維在測試中承載了超過500兆帕的抗拉伸力，經(jīng)歷150萬次彎折后依然完好——這不僅僅是材料科學(xué)的突破，更是人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)走向量產(chǎn)的基石。

2025年世界機(jī)器人大會上，資本的目光從“看演示”轉(zhuǎn)向了“看量產(chǎn)”和“看落地”。高工機(jī)器人產(chǎn)業(yè)研究所數(shù)據(jù)顯示，國內(nèi)具身智能產(chǎn)業(yè)鏈上下游總計(jì)發(fā)生144次融資事件，融資金額達(dá)到195億元。

市場預(yù)測2030年全球人形機(jī)器人銷量將達(dá)到27.12萬臺，而每臺機(jī)器人背后，都是一場關(guān)于材料科學(xué)的激烈競賽。

產(chǎn)業(yè)爆發(fā)

當(dāng)資本開始密集涌入，人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)正在經(jīng)歷從實(shí)驗(yàn)室原型到商業(yè)化的關(guān)鍵轉(zhuǎn)折。

2025年被視為人形機(jī)器人的“量產(chǎn)元年”。與過去主要關(guān)注樣機(jī)演示不同，現(xiàn)在投資人的關(guān)注點(diǎn)已經(jīng)轉(zhuǎn)向?qū)嵱眯院土慨a(chǎn)能力。

今年以來，多家具身智能企業(yè)融資節(jié)奏明顯加快，億元級融資成為常態(tài)。上半年已有超過44起融資超過1億元，其中9起融資金額超過5億元。

京東、騰訊、美團(tuán)、字節(jié)等互聯(lián)網(wǎng)大廠正在加速在這一領(lǐng)域的卡位布局。京東更是宣布將在智能機(jī)器人領(lǐng)域投入超百億元資源，計(jì)劃三年內(nèi)助力100個智能機(jī)器人品牌成交額突破10億元。

材料創(chuàng)新

在人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)中，材料科學(xué)正成為關(guān)鍵技術(shù)突破口，為機(jī)器人的性能提升提供物理基礎(chǔ)。

不同于傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人，人形機(jī)器人需要模仿人類的運(yùn)動方式和外觀，這對材料提出了更復(fù)雜的要求。輕量化、高強(qiáng)度、柔韌性成為核心指標(biāo)。

中國科學(xué)院蘇州納米所的研究團(tuán)隊(duì)基于低成本纖維材料設(shè)計(jì)了一種尼龍@PDMS人工肌肉纖維。

這種材料在經(jīng)歷不同負(fù)載驅(qū)動的切換后，能夠恢復(fù)到初始狀態(tài)，表現(xiàn)出和生物肌肉類似的彈性驅(qū)動特性。

在人形機(jī)器人的材料需求版圖中，不同材料基于自身特性形成了精準(zhǔn)的應(yīng)用場景：

聚醚醚酮主要用于機(jī)器人的骨架、齒輪和關(guān)節(jié)，其比強(qiáng)度是鋁合金的8倍，而密度僅為1.32g/cm3，大約是鋁合金的一半。

碳纖維則主要應(yīng)用于機(jī)械手臂和機(jī)身框架，含碳量超過90%，比強(qiáng)度是鋼材的15倍，能夠?qū)崿F(xiàn)減重30%以上。

超高分子量聚乙烯纖維則專注于靈巧手腱繩的應(yīng)用，其拉伸強(qiáng)度超過39cN/dtec，密度僅為鋼材的1/8，抗沖擊性優(yōu)于碳纖維和芳綸，能夠?qū)崿F(xiàn)0.1毫米級的精細(xì)動作。

應(yīng)用場景

在具體的機(jī)器人設(shè)計(jì)與制造中，這些高性能纖維材料正被應(yīng)用于多個關(guān)鍵部位，直接影響機(jī)器人的性能表現(xiàn)。

在機(jī)器人靈巧手領(lǐng)域，超高分子量聚乙烯纖維正在替代傳統(tǒng)的鋼絲腱繩。與傳統(tǒng)材料相比，這種纖維具備更高的強(qiáng)度、更輕的重量和更優(yōu)異的柔韌性。

目前，恒輝安防等企業(yè)已經(jīng)開發(fā)出多款復(fù)合結(jié)構(gòu)腱繩測試樣品，關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)如抗拉伸力（≥500兆帕）、耐疲勞度（超過150萬次）已達(dá)到國際頭部廠商的要求。

在機(jī)器人外殼和連接件方面，聚苯硫醚以其出色的耐熱性能（耐熱溫度260℃）和耐酸堿腐蝕特性成為優(yōu)選材料。其沖擊強(qiáng)度超過國家標(biāo)準(zhǔn)3-8倍，能夠抵御500-1200焦耳的沖擊。

對于需要承受高負(fù)載和高溫的機(jī)械臂關(guān)節(jié)，碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料展現(xiàn)出獨(dú)特優(yōu)勢。沃特股份發(fā)布的碳纖維增強(qiáng)方案，其材料密度僅為1.38克/立方厘米，比鋁合金輕了一半，同時可以承載200千克的動態(tài)負(fù)載。

企業(yè)競逐

面對人形機(jī)器人帶來的材料需求，國內(nèi)企業(yè)正從不同角度切入這一新興市場。

恒輝安防作為超高分子量聚乙烯纖維領(lǐng)域的代表企業(yè)，已經(jīng)與多家機(jī)器人領(lǐng)域的領(lǐng)先企業(yè)完成多輪送樣測試。

公司正在合力推動該材料在機(jī)器人靈巧手腱繩、輕量化外殼型材、柔性關(guān)節(jié)保護(hù)件等場景的創(chuàng)新落地。

精工科技與吉大特塑的戰(zhàn)略合作則聚焦于聚芳醚酮系列材料在碳纖維復(fù)合材料、機(jī)器人、航空航天等領(lǐng)域的應(yīng)用與擴(kuò)展。PAEK系列材料作為高性能特種工程塑料，在高端制造、國防科技等領(lǐng)域擁有廣闊前景。

南山智尚則通過獨(dú)立研發(fā)，在超高分子量聚乙烯纖維領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了從無到有、從有到優(yōu)的突破。其專利技術(shù)“抗蠕變超高分子量聚乙烯纖維用紡絲液及其制備方法”，有效解決了傳統(tǒng)UHMWPE纖維長期使用中的松弛問題。

市場前景

人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，為高性能纖維材料開辟了全新的增長空間。未來幾年，這一領(lǐng)域?qū)⒊尸F(xiàn)明確的增長軌跡。

市場預(yù)測顯示，到2030年，人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)將帶動關(guān)鍵材料需求的顯著增長：

聚醚醚酮需求將新增3118噸，對應(yīng)市場規(guī)模約15.6億元；碳纖維需求將增加1898噸，對應(yīng)市場規(guī)模約1.57億元；聚苯硫醚需求將增加3254噸，對應(yīng)市場規(guī)模1.46億元；超高分子量聚乙烯纖維需求將增加542.4噸，對應(yīng)市場規(guī)模約0.33億元。

這些數(shù)據(jù)背后，是材料性能與成本之間的持續(xù)博弈。以碳纖維為例，雖然其性能優(yōu)異，但當(dāng)前成本仍是鋁合金的10倍，這直接影響其大規(guī)模應(yīng)用。

同樣，聚醚醚酮原料4，4-二氟二苯酮國內(nèi)產(chǎn)能不足，進(jìn)口率超過80%，也成為制約因素。

結(jié)束

今年早些時候，在第九屆亞洲冬季運(yùn)動會的短道速滑賽場上，恒輝安防生產(chǎn)的手套因采用超高分子量聚乙烯纖維和納米硅膠抓冰技術(shù)，助力運(yùn)動員林孝埈奪得男子500米冠軍。

一根纖維，正在連接從賽場到實(shí)驗(yàn)室，再到未來智能工廠的每一個環(huán)節(jié)。

當(dāng)機(jī)器人靈巧手的腱繩開始采用比鋼絲更強(qiáng)卻更輕的超高分子量聚乙烯纖維，當(dāng)機(jī)械臂的關(guān)節(jié)用上了比鋁合金更堅(jiān)固的碳纖維復(fù)合材料，這場由材料科學(xué)驅(qū)動的機(jī)器人革命才剛剛拉開序幕。