关键新骨架！人形机器人引爆核心材料革命
原创：武汉中科先进技术研究院 内容来源：整理自粘接资讯、车乾科技等网络公开资料
近期，全球首个以人形机器人为参赛主体的综合性体育盛会——2025世界人形机器人运动会在北京圆满落幕。运动会上，北京灵翌宇树队的宇树H1机器人在1500米田径决赛中以6分34秒拿下冠军，展现出了人形机器人惊人的速度与协调性。
△ 2025世界人形机器人运动会1500米田径决赛现场（来源：新浪官网）
与此同时，8月26日《国务院关于深入实施“人工智能+”行动的意见》公布，提出到2030年，我国新一代智能终端、智能体等应用普及率超90%。人形机器人作为“人工智能+”的重要应用，是继计算机、智能手机、新能源汽车之后的颠覆性产品。
2025年正成为人形机器人走向大规模量产的关键节点。行业数据显示，2025年全球人形机器人市场规模将达63。39亿元，中国占比超50%；至2030年，全球市场规模或突破640亿元，中国有望以32。7%的份额领跑全球。随着市场规模的不断扩大，华为、特斯拉等行业巨头纷纷加速布局，不断推动着新材料技术在机器人领域的应用与发展。
一、关节骨骼：高强度材料撑起灵活身姿
人形机器人的骨骼结构相当于“身体”的支架，承担支撑各关节组件和承载自身重量的功能，需具备高强度、轻量化的特点。与传统的金属材料相比，轻金属合金和高强度复合材料密度低、机械性能好，是实现骨架轻量化的新一代选择。
1.新型钛合金
新型钛合金是一种通过成分优化和工艺改进制成的高强度合金材料，作为机器人主体的 “骨骼” 核心，被广泛应用于机器人的下肢承重关节、躯干框架等核心受力部位部位。该材料强度比传统钢材高出30%，重量却减轻50%，能在保证其承重能力的同时让机器人快速移动时更轻盈，为灵活的肢体运动提供基础支撑。例如，优必选“天工行者”科研机器人的关键部位采用了钛合金材质，具有高硬度、高性能及高稳定性的特点，适配科研场景中高频次运动测试、多环境模拟实验等严苛需求，部件损耗率大幅降低。
△ 优必选“天工行者”（来源：微博@优必选科技）
2.碳纤维复合材料
碳纤维复合材料（CFRP）是用树脂 (主要是环氧树脂) 将碳纤维固化而成的复合材料。作为机器人的“关节骨架”，兼具高强度和高韧性，即使经过上万次的弯曲转动也不易断裂，大幅提升机器人关节的使用寿命，同时有助于机器人实现后空翻等高强度高灵敏度的动作。例如，Kinova Gen3机械臂的整机连杆部分全部采用碳纤维复合材料设计，实现了轻量化、高负载和精准作业，且长时间工作性能稳定，减少停机维护需求。
△ Kinova7 Gen3机械臂（来源：kinova官网）
3.高性能工程塑料
高性能工程塑料作为人形机器人关节系统的“枢纽”，在轻量化、运动性能与结构可靠性方面发挥着关键作用。例如，聚醚醚酮（PEEK）兼具优异力学性能、耐高温与轻量化特性，能承受关节高频摩擦与电机散热，该材料应用于特斯拉Optimus-Gen2中，实现机器人的减重提速，优化动态表现；液晶聚合物（LCP）以良好流动性、尺寸稳定性和耐高温性，适配关节电子元器件，保障系统稳定；聚苯硫醚（PPS）轻量化且电磁兼容性佳，适用于外骨骼连接件等。
△ 特斯拉Optimus-Gen2（来源：特斯拉官网）
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二、仿生皮肤：柔性材料实现细腻交互
仿生皮肤是模仿人类皮肤特性、感知能力和附加功能的仿生设计，本质上是一种仿生柔性触觉传感器。其触感上真实模拟人体皮肤温度与柔软度，功能上集成高精度感知系统，实现对压力、温湿度等信号的智能反馈。
1.有机硅柔性材料
有机硅因其化学性能稳定，优异的柔韧性、耐高低温性、电绝缘性和生物相容性，广泛应用于人形机器人手部等设计中。作为机器人的“仿生皮肤”，有机硅材料触感和皮肤一样柔软，其出色的柔韧性、透明性可使机器人在活动时更加灵活自如，可满足精细操作和与人类安全互动的需求。例如，松延动力仿真人面部硅胶皮肤、Soft Robotics公司开发的软体机器人硅胶机械手，均利用了有机硅的柔韧性和生物相容性制成。
△ 松延动力仿真人；Soft Robotics硅胶机械手（来源：产品展会及官网）
2.智能调温变色材料
智能调温变色材料是一种基于微胶囊技术，集成相变微胶囊和感温或感光变色微胶囊的高分子功能材料，作为机器人的电子皮肤感知层，其兼具温度动态调节与即时显色的功能。与传统的电子皮肤相比，相变微胶囊引入了人体皮肤类似体温调节的功能，通过材料的相变态转换缓冲环境温差，智能动态地调节仿生皮肤触感温度；感温/感光变色微胶囊可赋予电子皮肤独特的外观特性，使其具有变色或响应功能。该材料的应用可显著提升机器人在复杂环境中的热可靠性，同时通过色彩变化实现温度反馈与状态警示，提升机器人对多场景的适应性与安全性。
△ 相变微胶囊效果展示（来源：武汉先进院）
△ 感温变色效果展示（来源：网络图片）
3.离子凝胶
离子凝胶由离子液体与高分子聚合物混合而成，具有独特的离子导电特性，可作为电子皮肤集成于机器人手臂与躯干表面，不仅能通过离子传导的变化精准感知压力、温度和湿度，还能检测识别摩擦电信号，实现对材料的精确识别与分类。该材料可应用于医疗领域机器人监测患者体征，智能分类领域可精准识别物料等。
△ 离子凝胶感受器（来源：wiley官网）
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三、智能神经与部件：特种材料加速性能升级
人形机器人的“神经中枢”——传感器与控制系统，如同人类大脑般指挥着40余个关节的协同运作。而要让指令闪电般传遍全身，并驱动机械骨骼精准执行，离不开这些核心功能材料。
1.石墨烯导电材料
石墨烯是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料，具有超高导电性和轻薄的特性，其导电性能是传统铜导线的 10 倍以上。该材料应用于人形机器人传感器和控制系统中，能让机器人的信号传递速度大大提升，反应更加灵敏。
△ 石墨烯（来源：www.freepik.com）
2.氧化锌纳米.
氧化锌纳米线是一种可用于传感器的纳米材料，具有显著的压电效应，能将机械能转化为电信号且响应时间极短，常应用于机器人的触觉传感器与压力感知阵列。其出色的信号转化能力和快速响应特性，能让机器人精准捕捉外界压力变化并及时反馈。在手术机器人中应用氧化锌纳米线集成传感器，可实时反馈手术操作中的组织接触力，辅助医生完成高精度的微创手术。
△ 手术机器人（来源：www.intuitive.com）
随着关键材料的不断突破和成本的下降，人形机器人将在工业生产、医疗健康、日常服务等多领域具备更广泛的应用能力。也许在不久的将来，人形机器人将真正进入我们的工作、生活，而这背后正是一项项材料创新所积累的力量。
人形机器人的发展离不开新材料的支撑，而新材料的创新也会推动人形机器人向更智能、更人性化的方向前进。