人形机器人领域：轻量化的“天选之材”——PEEK
一、人形机器人导致PEEK热潮
2024年7月4日，世界人工智能大会上（WAIC 2024），特斯拉二代人形机器人Optimus惊艳亮相。相较第一代，optimus二代机器人在重量、灵活性方面都有显著进步，其改进主要包括如下：行走速度提高30%；重量减轻了10公斤，同时平衡感和身体控制能力得到提升等等。
更为重要的是，二代机器人制作连续碳纤维复合材料的单项带或约使用了10公斤的PEEK（聚醚醚酮）材料作为轻量化解决方案。这个消息瞬间在中国市场掀起一片惊涛骇浪，将PEEK这一材料推向风口浪尖。
特斯拉Optimus-Gen2
会上，马克斯表示，明年开始，特斯拉将有超过1000个或者几千个Optimus在工作，人形机器人可能会在未来某个日期将公司的市值提升至20万亿美元。预计到2035年，人形机器人市场规模将达到千亿美元级别，最乐观的情况下可达1540亿美元，约合11037.3亿元人民币。
2021年12月，国家国防科技工业局、国家工业和信息化部等多个部门共同发布了《“十四五”人形机器人产业发展规划》，该规划明确指出到2025年，我国将成为全球机器人技术创新的核心驱动力量，高端制造的急剧中心以及集成应用的新高地；2023年1月，功业和信息化部、教育部等十七个部门发布的《“机器人+”应用行动实施方案》指出，到2025年，制造业机器人密度较2020年实现翻番，服务机器人、特种机器人行业应用深度和广度显著提升；2023年10月工信部印发《人形机器人创新发展指导意见》中指出，加快推动我国人形机器人产业创新发展，为建设制造强国、网络强国和数字中国提供支撑。
随着中国制造业转型升级及对于材料轻量化、高质化需求的变化，中国PEEK市场已大大扩展。在政策“东风”的引领和国内人形机器人市场需求下，未来随着人形机器人市场的不断扩张，PEEK的需求量将会再次上升至一个新的阶段。
据专业业内人士预测，2024年将会成为人形机器人发展元年。目前人形机器人技术的发展正以前所未有的速度推进，全球科技巨头和创新企业纷纷投入巨资。国外来看，波士顿动力、特斯拉、Apptronik、1X等不断推出新型机器人，推进关键技术攻关和新兴技术赋能，在人形机器人运动控制算法和AI大模型领域已形成一定积累；国内来看，包括小米、腾讯和多家跨界公司在内的科技企业正在积极布局人形机器人市场。新松机器人、优必选等也在积极研发和推广仿生机器人产品。
二、为什么非PEEK不可？
PEEK（聚醚醚酮）是一种高性能的特种工程塑料，属于聚芳醚酮（PAEK）家族中的一员，它具有机械强度高、耐高温、耐化学药品腐蚀等优越的物理性能和化学性能，因其材料的独特性能被广泛应用于各行各业。
PEEK详情介绍请看上文：塑造未来-PEEK张：一文全面了解工程塑料天花板聚醚醚酮PEEK的行业发展。
对于特斯拉二代人形机器人Optimus来说，使用PEEK材料的主要作用是减轻机器人的重量。在“以塑代钢”、“轻量化”大背景下，PEEK材料比金属强度大，在满足强度要求的前提下，可以大幅度减小机器人本身的重量，提高续航能力。而机器人减重是推动技术进步的一个重要方向。机器人携带电量有限，而人形机器人尤为依赖电池供电，如果人形机器人的部件采用金属材料制作，就好比一个人携带20kg的背包跑马拉松，可想而知耗电能力该有多大；其次，轻量化设计可以减轻运动惯性，在需要高精度和稳定性的应用场景下，PEEK材料可以大幅提高人形机器人的本质安全性。
那人形机器人身上到底有哪些可以用到PEEK呢？PEEK又到底有什么具体的优势呢？
1. 骨架。机器人的骨架需要有足够的强度和稳定性来保证机器人的工作、运动。相比于金属材料，PEEK材料可以减重约40%，重量只有铝合金的1/3，极大地提升了机器人的灵敏度，增加续航时间；同时PEEK材料具有高强度、高刚性和出色的韧性，其拉伸强度和弯曲弹性模量均由于许多金属和合金材料。因此PEEK材料制成的骨架既能保持机器人有良好的机械性能和刚性，同时又能满足机器人的负载和灵活性需求。
特斯拉Optimus-Gen2正在移动鸡蛋
2. 关节、四肢等位置。仿照人体的关节和四肢，我们人体的关节通过关节囊内的滑膜分泌润滑液，减少关节之间的摩擦，避免出现关节损伤。而在人体机器人身上，常见的用于制造关节的材料有碳纤维复合材料、铝、钛合金等，这种材料保证了承载能力，但却需要引入润滑系统减少摩擦损耗，提高关节运动的效率。而PEEK独特的分子结构使其具有自润滑特性，使得PEEK在摩擦过程中能自动起到润滑作用，设备运行更加顺畅，延长机器人的使用寿命。同时解决了机器人噪音大、重量大两个问题。
机器手臂关节
3. 保护壳和连接件等。PEEK制成的保护壳有优异的耐腐蚀性（除浓硫酸外，PEEK不溶于任何溶剂和强酸、强碱，具有优异的化学稳定性）、耐高温性（长期使用温度为260℃，瞬时使用温度可达300℃）、耐水解性（高温高压水中仍然保持优异特性）及阻燃性（具有自熄性，即使不加任何阻燃剂，可达UL标准的94V-0级）等优异性能，能有效保护机器人的各类重要器械。其次PEEK制成的连接件还能提供稳定的传动和支撑。
三、人形机器人将带动多少PEEK需求量？
那么首先我们需要估算一台机器人具体会用到多少PEEK使用量。预计单台机器人对PEEK消耗量为6.6kg，骨架使用量约为8kg。假设一个机器人身上有20个轴承，轴承按照200g计算，大约会产生3-4kg的PEEK使用量。而机器人的关节PEEK制造涉及斜坡减速器和行星减速器，以特斯拉为例，有十几个旋转关节，大约有2-3kg的PEEK使用量，因此PEEK在一台机器人身上的用量区间约为10-20kg。
据国金证券研报测算，生产1000万台人形机器人将产生350亿元PEEK需求，每一百万人形机器人出货对上游原材料的需求拉动顺序为：PEEK>镁合金>钕铁硼>铝合金>钢材。预计到2027年国内PEEK材料需求将达到167亿元以上。可以说，未来随着人形机器人市场的拓展，PEEK材料的需求量将随着人形机器人水涨船高。
而目前国内PEEK材料的生产仍然达不到市场需求。中国是亚太地区对PEEK材料需求最大的国家，由于PEEK材料优异的性能及PEEK在各下游领域应用范围不断扩大、方式更加多样，中国 PEEK 材料整体消费量也涨势迅猛，从2017年的500吨左右，增长至2021年的2000吨左右，未来10年预计达到5000吨左右的规模。
目前国内机器人用PEEK原料的主要供应商主要包括以下几家公司：
1、新瀚新材：作为全球PEEK材料上游原材料最大供应商龙头，地位不言而喻。
2. 吉林中研高分子材料股份公司：是全球排名第三、全国第一的PEEK材料生产商。作为国内首家PEEK上市公司，已深耕该领域18年，目前中研现有生产能力为年产聚醚醚酮PEEK1000吨，拥有33项国内外授权专利，主营PEEK的研发、生产及销售等一体化业务。
3. 长春吉大特塑工程研究有限公司（以下简称吉大特塑）：吉大特塑由吉林大学、长春吉大高科技股份有限公司合资组建，公司拥有年产300吨聚醚醚酮的生产及改性料的生产能力。
4. 浙江鹏孚隆科技股份有限公司（以下简称鹏孚隆）：鹏孚隆在2010年开启PEEK的化学合成项目，2015年进入市场，多年来致力于PEEK合成技术的深入研究与应用技术的创新开发，2021年鹏孚隆PEEK产能达到200吨，为满足国内PEEK材料的需求，鹏孚隆积极布局加码，积极扩大产能。
5. 中欣氟材：公司主营氟精细化学品的生产，正积极布局PEEK材料产业，拥有相关技术储备和研发能力。
6. 肯特股份：公司专注于高性能工程塑料制品的制造，产品线覆盖PTFE、PEEK等多种材料，为机器人提供精密的工程塑料配件。
四、人形机器人的应用场景能有多广泛？
特斯拉二代机器人Optimus的设计旨在在多种场景中执行多样化的任务，那么，根据应用场景划分，你知道有哪些人形机器人吗？
目前我们在日常生活中常见的是服务型机器人，它们被广泛应用于商超、酒店、银行、交通枢纽等，为我们提供导购、导诊、讲解、指引等服务。例如商场中的派宝机器人，它能够进行深度语音交互，能一键构建室内地图，并对地图进行精准定位。动态感知周边环境信息并进行分析，规划更优路径行走。再例如北京冬奥会的机器人餐厅，餐饮厅的机器人能提供自助点餐、娱乐功能，甚至从做菜到上菜全部由机器人独立完成。上海擎朗智能科技有限公司的商用服务型机器人目前能为办公、医院、酒店等提供快递服务；消毒机器人能对医院、餐厅、酒店、学校等场景进行无人消杀。
餐厅机器人正在送餐
目前，工业型机器人也已广泛应用于汽车、电子、冶金、轻工、石化等52个行业大类。在东风柳汽的总装车间内，优必选科技的工业版人形机器人Walker S正在执行包括门锁质检、车灯盖检测、安全带检测以及贴车标等任务；全球物流服务商GXO Logistics 与Agility Robotics签署多年期部署协议，在GXO物流运营内投放Digit人形机器人，帮助完成各种重复性任务。甚至在特种领域，人形机器人能替代人类在恶劣条件下执行任务，例如火灾现场的搜救、灾难后的救援等，减少人类在危险环境中的风险。
医疗型机器人通过人工智能技术开启了智慧医疗的新篇章，主要用于医疗场景下的协助手术、康复治疗、看护、护理及陪伴等。傅里叶人形机器人预计明年在养老院和康复医院投入使用，主要进行康复训练、陪伴和认知训练；汉森机器人公司的Grace人形机器人在疫情时代担起了医生助手及护工角色，帮助医院解决护工短缺的困境。随着老龄化问题的加剧，未来人形机器人将在疾病防护、健康管理方面进一步挖掘潜力。
随着科技发展，人形机器人逐渐从科幻电影走进我们的生活，具备类似人类的感知、运动控制和交互能力的它们会越来越适应特种、工业、服务等更加复杂、灵活的场景环境，满足任务需求，进一步激发产业和企业和创新活力，为人类社会带来巨大的经济和社会效益，相信在不久的将来，人形机器人将成为我们生活里不可或缺的伙伴，带来更加智能、高效、便捷的生产生活技术革命。
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