从 “骨架” 到 “肌肤” 人形机器人 “成材” 之路

  2025 年被称为 “人形机器人量产元年”，人形机器人加速从 “实验室炫技” 走向商业化应用。人形机器人快速迭代进化的同时，用于构建 “骨架” 和 “肌肤” 的基础材料，也正经历一场全面进阶。

  “骨架” 上，当前的机器人还是钢材用量占比超 60% 的 “钢铁侠”，但在轻量化的需求下，镁、铝合金颇具替代优势。除了 “减重”，聚碳酸酯 PC-ABS 塑料将美化机器人的外观，让机器人兼具 “美丽肌肤”。另外，PEEK 材料兼具强度和可塑性，碳纤维 材料可用于特种行业…… 人形机器人的 “身体” 或将不再局限于 “钢筋铁骨”，而是 “脱胎换骨” 拥抱各种应用场景。

  “肌肤” 技术也从机械刚性向柔软真实迈进，为人形机器人披上具有柔韧性、延展性，类似人类皮肤的外衣，不仅能够感知外界的压力、温度，还具备更接近人类的触觉。这背后，是柔性传感器和基底材料在持续升级。

  随着材料技术的不断革新突破，人形机器人的性能将进一步提升，成本也逐步降低，为其大规模商业化应用奠定基础。人形机器人的 “骨架” 是其支撑结构和运动系统的核心，直接决定了机器人的灵活性、耐用性和能耗表现。随着复合材料和高性能工程塑料的突破，轻量化成为人形机器人 “骨架” 材料的主流趋势。

  人形机器人的基础材料可分为五部分：电控部件、机械部件、传感器、外壳结构部件、外观材料部分。目前 1.3 米至 1.8 米是国内人形机器人的主流身高，重量区间在 50 千克至 120 千克之间。

  北京钢铁侠科技有限公司联合创始人、监事长王振超介绍，除电控部件、驱动电机 外，机器人整机的其他材料几乎全是强度较高的钢材，钢材占到整体重量的 60% 到 80%。不同的行业和使用场景，会对机器人的外壳、用材有定制化方案。未来镁、铝合金和碳纤维、PEEK（聚醚醚酮）材料、塑胶件等材料的应用前景不可小觑。

  北京钢铁侠科技有限公司是国内为数不多将双足大仿人机器人的应用场景扩展到航天领域的企业。

  除了救援救灾等场景对机器人有一定配重要求外，在满足性能要求的前提下，机器人外壳材料的重量越轻越好。出于减重需求，未来镁、铝合金可能作为替代材料，让机器人拥有更轻便的本体。

  公司创始人王兴兴介绍，G1 的材料主要是铝合金和高强度工程塑料，强度非常高。铝合金也是机器人常用的轻量化材料，有助于减少机器人运行能耗、提高操作速度和工作效率。明泰铝业相关负责人介绍，与碳纤维复合材料、PEEK 材料等高性能材料相比，铝合金价格更为亲民，能在大规模生产人形机器人时降低生产成本。不仅如此，铝合金的加工工艺成熟，表面处理美观，可根据不同的需求制造出各种形状和尺寸的零部件，为机器人的设计和制造提供了很大的灵活性。据悉，明泰铝业已有全铝立柱机器人本体（包含立柱、大臂、小臂）、无人机屏蔽罩、散热器铝材、软包电池铝箔等产品陆续供应市场。“目前供应的多种铝合金牌号产品可应用于机器人外壳、电池、散热器等部件，预计单吨加工费为 1 万元至 4 万元。” 三祥新材董事长夏鹏接受上海证券报记者采访时表示，镁的质量比铝轻 30% 左右且密度更小，镁合金材料具有高强度、高硬度、高散热性等特点，是极佳的轻量化工程材料。

  镁合金在新能源汽车 减重增程方面发挥着重要作用。据测算，单套人形机器人壳体镁合金的用量或在 13.7 公斤左右，远期以 100 万台套测算，对镁金属消费的拉动量级大概在 1.37 万吨。王振超表示，塑胶材料、聚碳酸酯 PC-ABS 塑料将美化机器人的外观，改善它与人的交互效果。东华大学朱美芳院士团队人造皮肤研究小组副研究员曹冉介绍，人形机器人所用的高分子材料主要有两类：一类是具有高弹性、高柔性的高分子材料，例如热塑性弹性体、硅橡胶等；另一类是用于传感器及躯体外壳的工程塑料，例如 PEEK 材料、聚酰胺（PA）、聚碳酸酯 PC-ABS 塑料等，这类材料需要兼具高机械强度、良好的韧性、耐磨性和轻量化特性。

  “PEEK 材料的强度高于注塑材料，而可塑性高于金属。” 民生证券邱祖学金属与材料研究团队介绍，PEEK 具有耐高温、耐磨、耐腐蚀、自润滑等特性，广泛应用于电子、汽车、航空航天、军工 和医疗等领域。

  由于技术壁垒较高，真正掌握 PEEK 高性能聚合物大规模工业稳定生产技术的企业很少，英国威格斯、比利时索尔维和德国赢创等 3 家公司几乎占据了全球绝大部分的市场份额，国内主要产能集中在少数企业。

  据披露，中研股份已发展成为 PEEK 年产能达到千吨级的企业，主要产品为树脂形态的 PEEK，产品体系共包含 52 个规格牌号，产品适用于注塑、挤出、模压、喷涂等加工方式。

  随着柔性材料、仿生皮肤和传感器技术的进步，机器人的 “肌肤” 正变得越来越柔软、逼真。国内某头部人形机器人企业负责人向记者解释，当前人形机器人外表大部分是硬的，机械感很强，如果能 “披” 上一层具有柔韧性、延展性，类似人类皮肤的软材料，不仅提高了机器人的外观逼真度和触觉感知能力，还使其与人类的交互更安全、自然。

  华龙证券分析师杨立新介绍，电子皮肤结合了柔性电子、纳米技术和智能材料，目的在于模拟自然皮肤的触觉、温度和压力感应等功能。“所谓电子皮肤，其实是一类柔性传感器，小小一块电子皮肤就可以集成许多传感点，这些传感点可以采集压力、温度等多种信号，进而实现压力检测、温度检测、纹理识别等功能。” 苏州能斯达董事长、总经理周震向记者介绍，公司自主研发的多模态柔性电子皮肤，能够感知和响应外界触、压力、温度等刺激，赋予机器人更接近人类的触觉感知能力，是人形机器人最重要的传感元件之一。

  公司已掌握了柔性压阻、柔性压电、柔性汗液、柔性电容等四大核心技术，柔性传感器已经向高端消费电子、泛医疗、汽车电子等多个应用领域形成了稳定的出货。目前，在人形机器人领域，电子皮肤主要应用于手掌部位。“就未来人形机器人的皮肤材料而言，我们更倾向于用高分子弹性体，因为能模拟人类皮肤的柔韧性、延展性和生物相容性等。” 曹冉介绍，以触觉传感器为例，其基底材料主要以柔性聚合物如硅橡胶、聚二甲基硅氧烷（PDMS）、聚氨酯等弹性体构成，配合半导体、碳纳米管、石墨烯 等敏感材料实现压力分布检测。

  据了解，基底材料作为电子皮肤的 “载体”，需满足力学强度与生物相容性双重标准。当前，PDMS 凭借优异的柔弹性成为主流选择，其表面可修饰特性便于与传感器集成。聚酰亚胺（PI）薄膜则在高耐温性领域占优，适用于工业场景下的极端环境。PVP 可通过稳定纳米材料、增强水凝胶性能及优化界面交互，在电子皮肤中实现了高导电性、自修复性、耐温性和生物兼容性。其应用从基础材料设计延伸到多功能器件集成，是柔性电子领域的重要辅助成分。

  从成本上看，电子皮肤基底材料的用量与机器人传感器的数量、覆盖面积密切相关。东华大学朱美芳院士团队人造皮肤研究小组研究员潘绍武表示，目前最常用的是机器人的手部，用来控制抓握物件而又不损坏，用量相对不大，成本占比约为 5% 至 10%。若是覆盖全身具备高精度感知、自修复能力的电子皮肤，成本占比可达 20% 至 30%。

  东华大学朱美芳院士团队人造皮肤研究小组介绍，目前，高端基底材料仍依赖进口，比如 PDMS，主要以美国的道康宁品牌为主。