電子皮膚材料圖片來(lái)源：東華大學(xué)朱美芳院士團(tuán)隊(duì)人造皮膚研究小組研究員潘紹武北京鋼鐵俠科技有限公司仿人機(jī)器人人形機(jī)器人的基礎(chǔ)材料包括五部分郭晨凱 制圖

◎記者 王喬琪 霍星羽

2025年被稱(chēng)為“人形機(jī)器人量產(chǎn)元年”，人形機(jī)器人加速?gòu)摹皩?shí)驗(yàn)室炫技”走向商業(yè)化應(yīng)用。人形機(jī)器人快速迭代進(jìn)化的同時(shí)，用于構(gòu)建“骨架”和“肌膚”的基礎(chǔ)材料，也正經(jīng)歷一場(chǎng)全面進(jìn)階。

“骨架”上，當(dāng)前的機(jī)器人還是鋼材用量占比超60%的“鋼鐵俠”，但在輕量化的需求下，鎂、鋁合金頗具替代優(yōu)勢(shì)。除了“減重”，聚碳酸酯PC-ABS塑料將美化機(jī)器人的外觀，讓機(jī)器人兼具“美麗肌膚”。另外，PEEK材料兼具強(qiáng)度和可塑性，碳纖維材料可用于特種行業(yè)……人形機(jī)器人的“身體”或?qū)⒉辉倬窒抻凇颁摻铊F骨”，而是“脫胎換骨”擁抱各種應(yīng)用場(chǎng)景。

“肌膚”技術(shù)也從機(jī)械剛性向柔軟真實(shí)邁進(jìn)，為人形機(jī)器人披上具有柔韌性、延展性，類(lèi)似人類(lèi)皮膚的外衣，不僅能夠感知外界的壓力、溫度，還具備更接近人類(lèi)的觸覺(jué)。這背后，是柔性傳感器和基底材料在持續(xù)升級(jí)。

隨著材料技術(shù)的不斷革新突破，人形機(jī)器人的性能將進(jìn)一步提升，成本也逐步降低，為其大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。人形機(jī)器人有望在工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療護(hù)理、家庭服務(wù)等領(lǐng)域發(fā)揮更大作用，成為人類(lèi)生活和工作的重要幫手。

“骨架”變輕：鎂、鋁合金“受重用”

人形機(jī)器人的“骨架”是其支撐結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的核心，直接決定了機(jī)器人的靈活性、耐用性和能耗表現(xiàn)。隨著復(fù)合材料和高性能工程塑料的突破，輕量化成為人形機(jī)器人“骨架”材料的主流趨勢(shì)。

人形機(jī)器人的基礎(chǔ)材料可分為五部分：電控部件、機(jī)械部件、傳感器、外殼結(jié)構(gòu)部件、外觀材料部分。目前1.3米至1.8米是國(guó)內(nèi)人形機(jī)器人的主流身高，重量區(qū)間在50千克至120千克之間。

北京鋼鐵俠科技有限公司聯(lián)合創(chuàng)始人、監(jiān)事長(zhǎng)王振超介紹，除電控部件、驅(qū)動(dòng)電機(jī)外，機(jī)器人整機(jī)的其他材料幾乎全是強(qiáng)度較高的鋼材，鋼材占到整體重量的60%到80%。現(xiàn)在的人形機(jī)器人已能正常行走、跳舞、翻跟頭等。下一步機(jī)器人將在具體的場(chǎng)景中應(yīng)用。不同的行業(yè)和使用場(chǎng)景，會(huì)對(duì)機(jī)器人的外殼、用材有定制化方案。未來(lái)鎂、鋁合金和碳纖維、PEEK（聚醚醚酮）材料、塑膠件等材料的應(yīng)用前景不可小覷。

“公司的初心是‘把人形機(jī)器人送上太空’。機(jī)器人的重量每增加1公斤，增加的運(yùn)輸燃料費(fèi)用可能要數(shù)以?xún)|計(jì)。”王振超說(shuō)。

北京鋼鐵俠科技有限公司是國(guó)內(nèi)為數(shù)不多將雙足大仿人機(jī)器人的應(yīng)用場(chǎng)景擴(kuò)展到航天領(lǐng)域的企業(yè)。

除了救援救災(zāi)等場(chǎng)景對(duì)機(jī)器人有一定配重要求外，在滿足性能要求的前提下，機(jī)器人外殼材料的重量越輕越好。出于減重需求，未來(lái)鎂、鋁合金可能作為替代材料，讓機(jī)器人擁有更輕便的本體。

2024年5月，宇樹(shù)科技發(fā)布了新款G1人形機(jī)器人。公司創(chuàng)始人王興興介紹，G1的材料主要是鋁合金和高強(qiáng)度工程塑料，強(qiáng)度非常高。

鋁合金也是機(jī)器人常用的輕量化材料，有助于減少機(jī)器人運(yùn)行能耗、提高操作速度和工作效率。明泰鋁業(yè)相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，與碳纖維復(fù)合材料、PEEK材料等高性能材料相比，鋁合金價(jià)格更為親民，能在大規(guī)模生產(chǎn)人形機(jī)器人時(shí)降低生產(chǎn)成本。不僅如此，鋁合金的加工工藝成熟，表面處理美觀，可根據(jù)不同的需求制造出各種形狀和尺寸的零部件，為機(jī)器人的設(shè)計(jì)和制造提供了很大的靈活性。

據(jù)悉，明泰鋁業(yè)已有全鋁立柱機(jī)器人本體（包含立柱、大臂、小臂）、無(wú)人機(jī)屏蔽罩、散熱器鋁材、軟包電池鋁箔等產(chǎn)品陸續(xù)供應(yīng)市場(chǎng)。“目前供應(yīng)的多種鋁合金牌號(hào)產(chǎn)品可應(yīng)用于機(jī)器人外殼、電池、散熱器等部件，預(yù)計(jì)單噸加工費(fèi)為1萬(wàn)元至4萬(wàn)元。”上述人士介紹。

三祥新材董事長(zhǎng)夏鵬接受上海證券報(bào)記者采訪時(shí)表示，鎂的質(zhì)量比鋁輕30%左右且密度更小，鎂合金材料具有高強(qiáng)度、高硬度、高散熱性等特點(diǎn)，是極佳的輕量化工程材料。

夏鵬表示，目前鎂材的價(jià)格已低于鋁材，材料成本優(yōu)勢(shì)明顯。鎂合金在新能源汽車(chē)減重增程方面發(fā)揮著重要作用。三祥新材將積極對(duì)接產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)公司，爭(zhēng)取盡快導(dǎo)入鎂合金產(chǎn)品，拓展其在機(jī)器人等新興領(lǐng)域的應(yīng)用。

據(jù)測(cè)算，單套人形機(jī)器人殼體鎂合金的用量或在13.7公斤左右，遠(yuǎn)期以100萬(wàn)臺(tái)套測(cè)算，對(duì)鎂金屬消費(fèi)的拉動(dòng)量級(jí)大概在1.37萬(wàn)噸。

外觀“變美”：碳纖維、PEEK受青睞

除了變輕，人形機(jī)器人未來(lái)還有“變美”的需求。王振超表示，塑膠材料、聚碳酸酯PC-ABS塑料將美化機(jī)器人的外觀，改善它與人的交互效果。

東華大學(xué)朱美芳院士團(tuán)隊(duì)人造皮膚研究小組副研究員曹冉介紹，人形機(jī)器人所用的高分子材料主要有兩類(lèi)：一類(lèi)是具有高彈性、高柔性的高分子材料，例如熱塑性彈性體、硅橡膠等；另一類(lèi)是用于傳感器及軀體外殼的工程塑料，例如PEEK材料、聚酰胺（PA）、聚碳酸酯PC-ABS塑料等，這類(lèi)材料需要兼具高機(jī)械強(qiáng)度、良好的韌性、耐磨性和輕量化特性。

“PEEK材料的強(qiáng)度高于注塑材料，而可塑性高于金屬。”王振超說(shuō)。民生證券邱祖學(xué)金屬與材料研究團(tuán)隊(duì)介紹，PEEK具有耐高溫、耐磨、耐腐蝕、自潤(rùn)滑等特性，廣泛應(yīng)用于電子、汽車(chē)、航空航天、軍工和醫(yī)療等領(lǐng)域。

由于技術(shù)壁壘較高，真正掌握PEEK高性能聚合物大規(guī)模工業(yè)穩(wěn)定生產(chǎn)技術(shù)的企業(yè)很少，英國(guó)威格斯、比利時(shí)索爾維和德國(guó)贏創(chuàng)等3家公司幾乎占據(jù)了全球絕大部分的市場(chǎng)份額，國(guó)內(nèi)主要產(chǎn)能集中在少數(shù)企業(yè)。

據(jù)披露，中研股份已發(fā)展成為PEEK年產(chǎn)能達(dá)到千噸級(jí)的企業(yè)，主要產(chǎn)品為樹(shù)脂形態(tài)的PEEK，產(chǎn)品體系共包含52個(gè)規(guī)格牌號(hào)，產(chǎn)品適用于注塑、擠出、模壓、噴涂等加工方式。

價(jià)格偏高是PEEK材料繞不開(kāi)的劣勢(shì)，其應(yīng)用擴(kuò)展仍有待進(jìn)一步降低成本。民生證券邱祖學(xué)金屬與材料研究團(tuán)隊(duì)介紹，目前國(guó)內(nèi)外PEEK材料價(jià)格遠(yuǎn)高于鎂、鋁等金屬材料價(jià)格，后續(xù)PEEK的應(yīng)用擴(kuò)展還有待成本進(jìn)一步下行。

同樣受到成本因素制約的還有碳纖維。光威復(fù)材近日回復(fù)投資者提問(wèn)稱(chēng)，由于材料性能和輕量化優(yōu)勢(shì)與成本劣勢(shì)都很突出，一直以來(lái)碳纖維的應(yīng)用拓展都比較復(fù)雜。“碳纖維行業(yè)發(fā)展或許該考慮從過(guò)去簡(jiǎn)單追求產(chǎn)品性能、追求產(chǎn)能等功利性目標(biāo)轉(zhuǎn)變到追求價(jià)值創(chuàng)造上來(lái)。”

“肌膚”變軟：電子皮膚方興未艾

皮膚是人體最大的器官，讓人類(lèi)可感知、可觸摸。那么，機(jī)器人需要什么樣的“皮膚”呢？隨著柔性材料、仿生皮膚和傳感器技術(shù)的進(jìn)步，機(jī)器人的“肌膚”正變得越來(lái)越柔軟、逼真。

“機(jī)器人‘長(zhǎng)’出皮膚，就能打通全新的感知通道。”國(guó)內(nèi)某頭部人形機(jī)器人企業(yè)負(fù)責(zé)人向記者解釋?zhuān)?dāng)前人形機(jī)器人外表大部分是硬的，機(jī)械感很強(qiáng)，如果能“披”上一層具有柔韌性、延展性，類(lèi)似人類(lèi)皮膚的軟材料，不僅提高了機(jī)器人的外觀逼真度和觸覺(jué)感知能力，還使其與人類(lèi)的交互更安全、自然。

華龍證券分析師楊立新介紹，電子皮膚結(jié)合了柔性電子、納米技術(shù)和智能材料，目的在于模擬自然皮膚的觸覺(jué)、溫度和壓力感應(yīng)等功能。目前，該技術(shù)已在醫(yī)療監(jiān)測(cè)、先進(jìn)的假肢設(shè)計(jì)、機(jī)器人技術(shù)和人機(jī)交互等領(lǐng)域顯示出巨大的應(yīng)用潛力。

“所謂電子皮膚，其實(shí)是一類(lèi)柔性傳感器，小小一塊電子皮膚就可以集成許多傳感點(diǎn)，這些傳感點(diǎn)可以采集壓力、溫度等多種信號(hào)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)壓力檢測(cè)、溫度檢測(cè)、紋理識(shí)別等功能。”蘇州能斯達(dá)董事長(zhǎng)、總經(jīng)理周震向記者介紹，公司自主研發(fā)的多模態(tài)柔性電子皮膚，能夠感知和響應(yīng)外界觸、壓力、溫度等刺激，賦予機(jī)器人更接近人類(lèi)的觸覺(jué)感知能力，是人形機(jī)器人最重要的傳感元件之一。

蘇州能斯達(dá)是漢威科技的控股子公司，主要專(zhuān)注于柔性微納傳感技術(shù)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。2014年，蘇州能斯達(dá)推出國(guó)內(nèi)首款電子皮膚，已發(fā)布多款核心產(chǎn)品。公司已掌握了柔性壓阻、柔性壓電、柔性汗液、柔性電容等四大核心技術(shù)，柔性傳感器已經(jīng)向高端消費(fèi)電子、泛醫(yī)療、汽車(chē)電子等多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域形成了穩(wěn)定的出貨。“計(jì)劃增加兩條產(chǎn)線提升產(chǎn)能，今年上半年預(yù)計(jì)可完成新產(chǎn)線的搭建與試運(yùn)行。”周震說(shuō)。

福萊新材已構(gòu)建了較為完整的柔性傳感器鏈路自主研發(fā)體系，目前項(xiàng)目中試進(jìn)展順利，正與多家下游廠商接觸，推進(jìn)產(chǎn)品的定制研發(fā)與送樣。福萊新材預(yù)計(jì)，柔性傳感器的產(chǎn)業(yè)價(jià)值將達(dá)到機(jī)器人總體價(jià)值量的10%左右。此外，福萊新材還計(jì)劃在工業(yè)檢測(cè)、醫(yī)療健康檢測(cè)、新能源電池檢測(cè)領(lǐng)域拓展柔性傳感器的應(yīng)用。

目前，在人形機(jī)器人領(lǐng)域，電子皮膚主要應(yīng)用于手掌部位。隨著技術(shù)進(jìn)一步突破與規(guī)模化量產(chǎn)，電子皮膚也將擴(kuò)展至手臂、腿部、身體軀干、臉部乃至全身上下，從而帶動(dòng)價(jià)值量提升。

據(jù)高工產(chǎn)業(yè)研究院預(yù)測(cè)，電子皮膚在2024年全球市場(chǎng)總產(chǎn)值約為63億美元，未來(lái)十年將保持17%以上的年復(fù)合增長(zhǎng)率，到2034年超過(guò)300億美元。

產(chǎn)業(yè)前沿：基底薄膜需求增加

“就未來(lái)人形機(jī)器人的皮膚材料而言，我們更傾向于用高分子彈性體，因?yàn)槟苣M人類(lèi)皮膚的柔韌性、延展性和生物相容性等。”曹冉介紹，以觸覺(jué)傳感器為例，其基底材料主要以柔性聚合物如硅橡膠、聚二甲基硅氧烷（PDMS）、聚氨酯等彈性體構(gòu)成，配合半導(dǎo)體、碳納米管、石墨烯等敏感材料實(shí)現(xiàn)壓力分布檢測(cè)。

據(jù)了解，基底材料作為電子皮膚的“載體”，需滿足力學(xué)強(qiáng)度與生物相容性雙重標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)前，PDMS憑借優(yōu)異的柔彈性成為主流選擇，其表面可修飾特性便于與傳感器集成。聚酰亞胺（PI）薄膜則在高耐溫性領(lǐng)域占優(yōu)，適用于工業(yè)場(chǎng)景下的極端環(huán)境。業(yè)內(nèi)數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)前PDMS與PI合計(jì)占據(jù)基底材料市場(chǎng)份額約80%。

新開(kāi)源日前在接受機(jī)構(gòu)調(diào)研時(shí)表示，PVP（聚乙烯吡咯烷酮）在電子皮膚中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在材料改性、導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建及功能增強(qiáng)等方面。PVP可通過(guò)穩(wěn)定納米材料、增強(qiáng)水凝膠性能及優(yōu)化界面交互，在電子皮膚中實(shí)現(xiàn)了高導(dǎo)電性、自修復(fù)性、耐溫性和生物兼容性。其應(yīng)用從基礎(chǔ)材料設(shè)計(jì)延伸到多功能器件集成，是柔性電子領(lǐng)域的重要輔助成分。

從成本上看，電子皮膚基底材料的用量與機(jī)器人傳感器的數(shù)量、覆蓋面積密切相關(guān)。東華大學(xué)朱美芳院士團(tuán)隊(duì)人造皮膚研究小組研究員潘紹武表示，目前最常用的是機(jī)器人的手部，用來(lái)控制抓握物件而又不損壞，用量相對(duì)不大，成本占比約為5%至10%。若是覆蓋全身具備高精度感知、自修復(fù)能力的電子皮膚，成本占比可達(dá)20%至30%。

東華大學(xué)朱美芳院士團(tuán)隊(duì)人造皮膚研究小組介紹，目前，高端基底材料仍依賴(lài)進(jìn)口，比如PDMS，主要以美國(guó)的道康寧品牌為主。“技術(shù)壁壘主要體現(xiàn)在產(chǎn)品的一致性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性，另外，材料加工方面，如何均勻成型，特別是大關(guān)節(jié)處的活動(dòng)不受影響，也具有一定的挑戰(zhàn)，機(jī)器人皮膚的開(kāi)發(fā)任重道遠(yuǎn)。”