當(dāng)下，人形機(jī)器人行業(yè)正以迅猛之勢(shì)向前發(fā)展，其發(fā)展歷程可謂是一部科技進(jìn)步的編年史。從早期的萌芽探索階段，科研人員開(kāi)始構(gòu)想并嘗試制造類(lèi)人形態(tài)的機(jī)械裝置，盡管那時(shí)的成果尚顯粗糙，但已為后續(xù)發(fā)展埋下了種子；到集成發(fā)展階段，各種基礎(chǔ)技術(shù)逐漸融合，人形機(jī)器人在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和動(dòng)力系統(tǒng)等方面取得初步進(jìn)展；再到高動(dòng)態(tài)發(fā)展階段，機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)能力大幅提升，能夠完成更為復(fù)雜的動(dòng)作；如今，已步入智能化發(fā)展階段，并正逐步向大規(guī)模應(yīng)用過(guò)渡。

在功能實(shí)現(xiàn)維度，人形機(jī)器人依據(jù)能力可劃分為5個(gè)等級(jí)。依據(jù)中國(guó)信息通信研究院的研究報(bào)告，綜合考量當(dāng)下技術(shù)發(fā)展態(tài)勢(shì)以及需求側(cè)的實(shí)際狀況，在未來(lái)直至2028年期間，全能型人形機(jī)器人整體將處于Lv1等級(jí)。此階段，其主要落地場(chǎng)景聚焦于科學(xué)研究領(lǐng)域，客戶(hù)群體多為高校以及從事人形機(jī)器人軟硬件研究的企業(yè)科研團(tuán)隊(duì)。而其他形態(tài)的人形機(jī)器人則加速朝著Lv2等級(jí)演進(jìn)。在此期間，我國(guó)人形機(jī)器人整機(jī)市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)處于20至50億元區(qū)間。

人形機(jī)器人堪稱(chēng)高度集成的技術(shù)結(jié)晶，主要由“大腦”（智能控制系統(tǒng)）、“小腦”（運(yùn)動(dòng)控制與平衡系統(tǒng)）以及“肢體”（機(jī)械結(jié)構(gòu)部分）構(gòu)成。在其機(jī)械結(jié)構(gòu)方面，新材料的應(yīng)用發(fā)揮著關(guān)鍵作用，尤其是在骨骼、外殼等部位，高端工程塑料、碳纖維和電子皮膚等材料正嶄露頭角。

高端工程塑料在人形機(jī)器人領(lǐng)域具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，其突出特點(diǎn)在于高性能與輕量化的完美結(jié)合。相較于傳統(tǒng)的金屬合金材料，高端工程塑料的密度顯著更低。以聚醚醚酮（PEEK）和聚苯硫醚（PPS）等材料為例，它們?cè)诒ＷC優(yōu)異性能的同時(shí)，極大地減輕了機(jī)器人的負(fù)重。這一特性對(duì)于人形機(jī)器人的落地和量產(chǎn)至關(guān)重要，因?yàn)檫^(guò)重的機(jī)身會(huì)對(duì)機(jī)器人的動(dòng)力系統(tǒng)、能源消耗以及運(yùn)動(dòng)靈活性產(chǎn)生負(fù)面影響。采用高端工程塑料，能夠使機(jī)器人在相同動(dòng)力配置下，實(shí)現(xiàn)更高效的運(yùn)動(dòng)，降低能耗，提升續(xù)航能力。

此外，高端工程塑料還具備良好的可改性與修飾性。通過(guò)對(duì)其分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整或添加特定的功能助劑，可以使其適應(yīng)更多復(fù)雜的應(yīng)用場(chǎng)景。在機(jī)器人的關(guān)節(jié)部位，經(jīng)過(guò)改性的工程塑料能夠具備更好的耐磨性和自潤(rùn)滑性，減少機(jī)械磨損，延長(zhǎng)使用壽命；在需要絕緣的部位，可通過(guò)改性使其具備優(yōu)異的電氣絕緣性能。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和對(duì)人形機(jī)器人性能要求的持續(xù)提高，高端工程塑料在機(jī)器人主體結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用占比有望不斷攀升，成為構(gòu)建人形機(jī)器人的核心材料之一。

碳纖維作為一種高性能材料，正憑借其獨(dú)特的性能優(yōu)勢(shì)，在人形機(jī)器人領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代的作用。碳纖維是以腈綸和粘膠纖維為原料，經(jīng)過(guò)高溫氧化碳化工藝制成，其含碳量高達(dá)90%以上，具有高強(qiáng)度、高模量的特性。在耐高溫方面，碳纖維位居所有化纖材料之首，同時(shí)還具備輕質(zhì)高強(qiáng)、耐高溫、耐腐蝕、良好的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性、優(yōu)異的力學(xué)性能以及易加工和設(shè)計(jì)靈活性等諸多優(yōu)點(diǎn)。

在人形機(jī)器人的機(jī)械臂制造中，碳纖維復(fù)合材料得到了廣泛應(yīng)用。以制作相同強(qiáng)度的機(jī)械手臂為例，選用碳纖維復(fù)合材料（CFRP）能夠?qū)C(jī)械手臂的總質(zhì)量有效控制在5-15kg。這不僅顯著減輕了機(jī)械臂的重量，降低了對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)的要求，還提高了機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)速度和靈活性。較輕的機(jī)械臂在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中慣性更小，能夠更快速、精準(zhǔn)地完成各種操作任務(wù)，在工業(yè)生產(chǎn)、物流搬運(yùn)以及醫(yī)療輔助等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。隨著人形機(jī)器人在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用不斷拓展，對(duì)于輕量化、高性能機(jī)械結(jié)構(gòu)的需求日益增長(zhǎng)，碳纖維材料必將迎來(lái)更廣闊的市場(chǎng)空間。

電子皮膚作為一種致力于模擬并超越人類(lèi)皮膚功能的可穿戴柔性仿生傳感器，在人形機(jī)器人實(shí)現(xiàn)智能交互方面扮演著核心角色。一般而言，電子皮膚由電極、介電材料、活性功能層以及柔性基材組成。其中，柔性觸覺(jué)傳感器是電子皮膚的關(guān)鍵組成部分，它能夠精準(zhǔn)檢測(cè)與環(huán)境接觸時(shí)的力、溫度、濕度、震動(dòng)、材質(zhì)以及軟硬等多種特性。這些豐富的感知信息使得機(jī)器人能夠像人類(lèi)一樣直接感知周?chē)h(huán)境的變化，為智能化的人形機(jī)器人實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化落地提供了有力支持。

2022年全球柔性觸覺(jué)傳感器市場(chǎng)規(guī)模約為15.34億美元，預(yù)計(jì)到2029年將增長(zhǎng)至53.22億美元，2022-2029年期間的年復(fù)合增長(zhǎng)率（CAGR）高達(dá)17.9%。這一數(shù)據(jù)充分顯示了該領(lǐng)域的巨大發(fā)展?jié)摿?。與此同時(shí)，柔性基材作為承載電子皮膚并確保其與生物皮膚或其他材料相容的關(guān)鍵部分，也迎來(lái)了顯著的增量需求。具有理想柔韌彈性與力學(xué)強(qiáng)度的新型柔性高分子薄膜材料能夠很好地滿(mǎn)足這一需求。目前，聚二甲基硅氧烷（PDMS）和聚酰亞胺（PI）薄膜是最為常用的基底材料，它們具有良好的柔韌性、化學(xué)穩(wěn)定性以及與其他材料的兼容性，能夠?yàn)殡娮悠つw的性能發(fā)揮提供穩(wěn)定的支撐。隨著人形機(jī)器人智能化程度的不斷提高，對(duì)于電子皮膚材料的性能要求也將越來(lái)越高，相關(guān)企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)正不斷加大研發(fā)投入，推動(dòng)電子皮膚材料向更高性能、更輕薄、更智能的方向發(fā)展。

圖表：全球柔性觸覺(jué)傳感器市場(chǎng)持續(xù)增長(zhǎng)

數(shù)據(jù)來(lái)源：中研普華產(chǎn)業(yè)研究院整理

隨著人形機(jī)器人行業(yè)的快速發(fā)展，高端工程塑料、碳纖維和電子皮膚等材料憑借其獨(dú)特的性能優(yōu)勢(shì)，在人形機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)性能提升以及智能交互實(shí)現(xiàn)等方面發(fā)揮著不可或缺的作用。這些材料的持續(xù)創(chuàng)新與應(yīng)用拓展，將為人形機(jī)器人行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展注入強(qiáng)大動(dòng)力，推動(dòng)其在更多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)廣泛應(yīng)用，深刻改變?nèi)藗兊纳a(chǎn)生活方式。