前言：隨著人形機器人向商業(yè)化、實用化加速邁進，輕量化已成為突破其性能瓶頸的核心命題。過重的機身不僅會加劇能耗、縮短續(xù)航，還會限制運動靈活性，阻礙其在家庭服務(wù)、工業(yè)協(xié)作等場景的普及。從延長續(xù)航到降低零部件損耗，從輕量化實現(xiàn)路徑的對比來看，材料創(chuàng)新比結(jié)構(gòu)優(yōu)化更易快速落地。

作者 | 方文三

人形機器人輕量化的必要性

①延長續(xù)航能力：通過減少重力勢能和轉(zhuǎn)動慣性，實現(xiàn)靜態(tài)功耗與動態(tài)功耗的降低，并降低對電池能量密度的需求。

此舉使機器人在單次充電后運行時間得以延長，充電頻率減少，工作效率與使用便利性得以提升，進而顯著增強續(xù)航能力。

②降低零部件要求，緩解電機發(fā)熱：輕量化設(shè)計可減輕軸承、連接件的承重負擔與摩擦損耗，降低電機功率需求。

關(guān)節(jié)處電機及其他零部件負載壓力隨之減小，電機發(fā)熱現(xiàn)象得以緩解，零部件磨損亦相應(yīng)降低，從而有效延長機器人關(guān)節(jié)及整體的使用壽命，減少維護成本與維修頻率。

③提升靈活度：零部件慣性的降低使電機實現(xiàn)加減速所需扭矩減小，從而可更敏捷地完成各類動作，控制更為靈活，進而提升其通用性。

④降低成本，便于運輸與搬運：采用輕量化材料與結(jié)構(gòu)設(shè)計可減少材料用量，降低材料成本。

例如，使用鎂合金、碳纖維及高性能工程塑料等輕質(zhì)材料，雖其單價可能較高，但因整體用量減少，總成本或可降低。

輕量化人形機器人在運輸過程中更易于搬運與裝卸，從而降低運輸及安裝成本。

材料輕量化比結(jié)構(gòu)輕量化更易實現(xiàn)

目前，人形機器人輕量化的實現(xiàn)路徑主要可歸納為兩類：結(jié)構(gòu)輕量化與材料輕量化。

結(jié)構(gòu)輕量化旨在通過參數(shù)優(yōu)化、拓撲優(yōu)化、形態(tài)優(yōu)化及集成化設(shè)計，實現(xiàn)低成本減重。

例如，通過調(diào)整零部件尺寸、布局或厚度以消除冗余結(jié)構(gòu)；或借助拓撲優(yōu)化技術(shù)重新分布材料，在保障強度的前提下降低材料用量。

然而，當前結(jié)構(gòu)輕量化進展相對緩慢，主要原因有兩點。

①人形機器人整機及零部件方案尚未定型，技術(shù)路徑仍處于快速迭代階段，廠商難以投入大量資源聚焦于結(jié)構(gòu)優(yōu)化；

②結(jié)構(gòu)輕量化屬于系統(tǒng)性工程，需從整機設(shè)計角度出發(fā)，綜合考量零部件性能與材料特性。

當前本體廠商多為初創(chuàng)企業(yè)，人才資源投入有限，而零部件企業(yè)對整機設(shè)計參與有限，跨界聯(lián)合研發(fā)能力尚顯不足。

因此，材料輕量化成為當前行業(yè)的主要技術(shù)方向，即采用鎂合金、工程塑料等低密度材料，在保障性能的同時減輕重量。

PEEK材料成人形機器人輕量化突破口

在人形機器人設(shè)計中，輕量化構(gòu)成核心目標之一。

本體重量過大會顯著增加機器人能耗，削弱其運動靈活性并縮短續(xù)航時間。

PEEK材料的應(yīng)用為破解這一難題提供了有效路徑。

特斯拉Optimus Gen2人形機器人通過采用PEEK材料，成功實現(xiàn)10kg減重。

這不僅提升了機器人的整體能效，更增強了運動過程中的靈活性，使其能夠執(zhí)行更復(fù)雜的動作任務(wù)。

PEEK屬于特種工程塑料。相較于其他工程塑料，它不僅具備更優(yōu)異的高耐熱性、熱穩(wěn)定性、機械性能與韌性，還擁有出色的化學(xué)抗性、耐磨性和滑動性能，被譽為“工程塑料金字塔的皇冠之譽”。

PEEK密度僅為金屬的1/3-1/4，兼具優(yōu)異的耐磨性和自潤滑性。

該特性可有效減少機器人關(guān)節(jié)運動時的摩擦與磨損，降低能量損耗，從而延長關(guān)節(jié)使用壽命并提升運動精度。

PEEK材料兼具低密度與高強度特性，使機器人在保障結(jié)構(gòu)強度的前提下實現(xiàn)輕量化設(shè)計。

在高溫、高濕及化學(xué)腐蝕等特殊工況下，其突出的耐化學(xué)性與穩(wěn)定性可確保機器人持續(xù)可靠運行，為拓展應(yīng)用場景創(chuàng)造有利條件。

除關(guān)節(jié)、骨架與減速器外，PEEK材料在人形機器人的諸多其他零部件中亦得到應(yīng)用。

譬如，在機器人的齒輪、軸承、密封件等部件中，PEEK材料具備的耐磨損、自潤滑及耐化學(xué)腐蝕等特性，可顯著提升這些零部件的工作性能與使用壽命。

在細分領(lǐng)域的市場空間有望進一步增長

據(jù)國金證券研報測算，生產(chǎn)1000萬臺人形機器人將帶來約350億元的PEEK需求。

根據(jù)中商情報網(wǎng)及沙利文數(shù)據(jù)顯示，2024年全球PEEK材料市場規(guī)模達61億元，同比增長10.9%，2018至2024年復(fù)合增長率為9.2%。

同期中國PEEK材料市場規(guī)模為19億元，同比增長11.8%，2018至2024年復(fù)合增長率達15.5%。

據(jù)中商情報網(wǎng)預(yù)測，2025年中國PEEK年產(chǎn)能將提升至10,000噸/年。

此時全球PEEK年產(chǎn)能預(yù)計達24,000噸/年，中國產(chǎn)能占比將達42.0%。

到2027年，國內(nèi)PEEK材料需求預(yù)計將達到約167億元以上。

一超多強現(xiàn)狀與國產(chǎn)替代趨勢

當前全球PEEK生產(chǎn)廠商呈現(xiàn)[一超多強]競爭格局,現(xiàn)階段PEEK行業(yè)參與者呈三梯隊分布：

第一梯隊：威格斯（PEEK材料發(fā)明企業(yè)）。據(jù)中商情報網(wǎng)數(shù)據(jù)，2024年威格斯全球產(chǎn)能占比約38%，為全球高性能聚合物領(lǐng)域龍頭企業(yè)；

第二梯隊：世索科（由索爾維集團拆分設(shè)立的特種化學(xué)品企業(yè)）、贏創(chuàng)。2024年世索科與贏創(chuàng)全球產(chǎn)能占比分別約為12%和8%；

第三梯隊：中研股份等企業(yè)。近年來行業(yè)新進入者數(shù)量顯著增加，其中中研股份表現(xiàn)尤為突出，2024年其全球產(chǎn)能占比約5%。

此外，國內(nèi)主要PEEK生產(chǎn)廠商包括中研股份、吉大特塑、鵬孚隆、山東浩然、山東君昊、吉林聚科等。

為滿足我國國防與民用科技發(fā)展需求，國家連續(xù)將PEEK研發(fā)列入多個國家重點科技攻關(guān)計劃及[863]計劃，開啟了自主研發(fā)的艱難歷程。

歷經(jīng)多年努力，國內(nèi)企業(yè)已逐步實現(xiàn)海外壟斷的突破。

中研股份成為全球第四家具備千噸級PEEK年產(chǎn)能的企業(yè)，亦是我國PEEK年產(chǎn)能最大的生產(chǎn)企業(yè)，現(xiàn)有年產(chǎn)能約1000噸。

新瀚新材已成為全球最大的PEEK核心原料（DFBP）供應(yīng)商，其DFBP年產(chǎn)能達8000噸。

中欣氟材規(guī)劃DFBP年產(chǎn)能5000噸，相關(guān)產(chǎn)品已通過部分客戶認證并投入應(yīng)用。

國內(nèi)PEEK材料生產(chǎn)企業(yè)在價格體系、響應(yīng)效率及產(chǎn)能擴張方面具備顯著優(yōu)勢。

未來隨人形機器人市場的加速發(fā)展，國內(nèi)相關(guān)企業(yè)有望加快國產(chǎn)替代進程，實現(xiàn)市場份額的顯著提升。

結(jié)尾：

人形機器人的輕量化浪潮，為PEEK材料打開了千億級市場空間。

從全球產(chǎn)能格局來看，國產(chǎn)企業(yè)正逐步打破海外壟斷，在產(chǎn)能擴張、成本控制與技術(shù)響應(yīng)上的優(yōu)勢日益凸顯。

隨著人形機器人量產(chǎn)進程加快，PEEK材料的需求將呈指數(shù)級增長，而國內(nèi)企業(yè)在原料供應(yīng)、產(chǎn)能布局上的深耕，有望加速國產(chǎn)替代進程。

未來，PEEK材料不僅將重塑人形機器人的性能邊界，更將推動特種工程塑料在高端制造領(lǐng)域的應(yīng)用升級，成為連接材料創(chuàng)新與機器人產(chǎn)業(yè)爆發(fā)的關(guān)鍵紐帶。

部分資料參考：

Aiden的硬科技行研：《金字塔尖！人形機器人關(guān)鍵材料：PEEK行業(yè)解析》

經(jīng)緯研訊：《PEEK材料，人機的 “心頭好”》

崇正投資：《人形機器人量產(chǎn)在即，關(guān)鍵新材料需求將呈指數(shù)級爆發(fā)》

研值與財華：《PEEK材料新勢力，未來工業(yè)的塑料之王》

樂晴智庫精選：《人形機器人關(guān)鍵材料：PEEK材料全景梳理》

       原文標題 : AI芯天下丨產(chǎn)業(yè)丨人形機器人愈發(fā)起量化，PEEK特種材料成塔尖選手