一、人形机器人机身材料的多样选择

人形机器人的机身材料丰富多样，包括金属合金、工程塑料、碳纤维复合材料等。不同的材料具有各自的特点，在强度、刚度、重量、耐用性等方面各有优劣。

金属合金如铝合金、钛合金等在人形机器人制造中应用广泛。铝合金具有密度小、强度较大、比强度接近高合金钢、比刚度超过钢等特点，铸造性能和塑性加工性能良好，在导电、导热、耐腐蚀和可焊性方面也比较理想，可以作为结构材料使用。钛合金则具有更高的强度和耐腐蚀性，但成本相对较高。

工程塑料如 ABS、聚碳酸酯等也是人形机器人的常用材料。这些材料具有重量轻、成本低、成型工艺多样等优点。例如，注塑成型、压力成型、挤出成型等工艺可以根据不同部件的需求进行选择，制造出各种形状的工程塑料部件。

碳纤维复合材料在人形机器人上的应用优势明显。碳纤维的密度仅为钢材的约 1/3，但其强度却远高于许多金属材料。这意味着在保持结构强度的同时，可以显著减轻人形机器人的自重，从而提高运动效率和灵活性。此外，碳纤维复合材料还具有高刚度和耐疲劳、耐腐蚀和耐高温、热膨胀系数低、能量效率高等特点，适用于人形机器人的机械臂、关节部位等关键部位。

PEEK 材料作为一种特种工程塑料，在人形机器人领域也有较高的应用潜力。PEEK 材料比强度约是铝合金 8 倍，具有极好的耐热、耐磨、耐辐照等优异的物理及化学综合性能。在不影响性能的情况下，PEEK 材料可以让人形机器人减重，提高机器人的能效和负载能力。同时，PEEK 材料还具有优异的拉伸性能、抗蠕变性、绝缘性能和耐化学性，在半导体、医疗、新能源汽车、航空航天等领域也有广泛应用。

综上所述，人形机器人的机身材料多样，每种材料都有其独特的优势和适用场景。在选择机身材料时，需要综合考虑强度、刚度、重量、耐用性、成本等因素，以满足人形机器人的不同需求。

二、热门材料之碳纤维

（一）碳纤维在人形机器人中的优势

1.重量轻且坚固，使得机械臂的承载能力更高、操作速度更快、使用寿命更长。

碳纤维的密度仅为钢材的约 1/3，但其强度却远高于许多金属材料。这种轻质高强的特性使得人形机器人在使用碳纤维材料后，机械臂的自重显著减轻，从而提高了承载能力。同时，由于重量的减轻，操作速度也得以加快，并且在重复的运动中，碳纤维的高刚度和耐疲劳性能能够保证机械臂的使用寿命更长。

2.多家碳纤维概念股表现出色，部分公司业绩有望高增长。

市场上，多家碳纤维概念股表现出色。例如，聚赛龙作为市场唯一碳纤维用于机器人材料的上市公司，题材若轮动到机器人材料方向，当属最纯正的标的。其机器人碳纤维材料目前已量产商业化。近期的特斯拉人型机器人专家会议纪要提到：碳纤维是美国的供应商，成本要 2 - 3 万；目前美国总部还在讨论用纯碳纤维还是碳纤维 + 镁铝合金的方案；基于轻量化和美观的选择，倾向于成本能够降下来就用全部的碳纤维。一个是全身的碳纤维材料，另外是易磨损的部分用碳陶瓷。此外，楚江新材的子公司天鸟高新专业从事高性能碳纤维预制件以及特种纤维布研发生产，产品主要应用在航空航天、国防军工、光伏热场等领域。还有中简科技主要从事高性能碳纤维及相关产品研发、生产、销售和技术服务，已率先实现了 ZT7 系列高性能碳纤维产品在航空航天关键系列装备的稳定批量应用。这些公司在碳纤维领域的发展，使得部分公司业绩有望高增长。

3.特斯拉人形机器人可能用到全碳纤维机身，引发市场关注。

投资者对特斯拉人形机器人可能用到全碳纤维机身充满期待。特斯拉人形机器人展示 PPT 中介绍 Optimus 将采用轻质材料制成。结合当前主流轻量化工业机器人使用材料，多数以碳纤维或铝镁合金等复合材料制作机械臂。碳纤维具有质量轻、强度高、刚度高、耐疲劳、耐腐蚀等多方面优势，考虑到人形机器人进行搬运工作时，关节处需承受高负荷工作，需抗磨损，因此碳纤维材料导入概率较大。

（二）碳纤维的应用领域

除了人形机器人，碳纤维还广泛应用于航空航天、国防军工、光伏热场等领域。

在航空航天领域，碳纤维作为具有高强度、耐高温、轻量化和耐腐蚀等诸多优异性能材料，广泛应用于火箭支承舱、碳纤维层压板、火星探测器等。子公司天鸟高新作为国内碳纤维预制体研发和制造的头部企业，依托自主研发的先进工艺装备，精湛的碳纤维三维立体编织工艺，在国防军工领域深度融合，圆满完成 “天宫一号”“神舟飞船”“天舟六号”“长征系列火箭” 等重大航天保障任务。商业航空作为新质生产力的重要方向，部分产品已应用于卫星等商业领域。从商业航空中复合材料发展趋势来看，每一代新的商用飞机都使用了越来越多的先进碳纤维复合材料来取代金属和其他材料，包括波音 777X、波音 787、空客 A350 XWB 等飞机的复合材料含量都超过 30%。发动机和短舱也是碳纤维复合材料用于航空领域的一个有吸引力的市场，包括复合材料风扇叶片、整流罩和短舱。随着航空旅行的复苏和对最新一代燃油效率飞机的需求增加，空客和波音于 2022 年开始提高既有飞机平台的生产率，碳纤维复合材料需求将会进一步出现稳步的增长。

在国防军工领域，碳纤维被广泛应用于导弹武器、空间平台和运载火箭等。在导弹武器应用方面，主要用于制造弹体整流罩、复合支架、仪器舱、诱饵舱和发射筒等主次承力结构部件；在空间平台应用方面，主要用于制造卫星和空间站的承力筒、蜂窝面板、基板、相机镜筒和抛物面天线等结构部件；在运载火箭应用方面，主要用于制造箭体整流罩、仪器舱、壳体、级间段、发动机喉衬和喷管等部件。

在光伏热场领域，楚江新材的子公司天鸟高新的碳纤维热场预制体发挥着重要作用。此外，吉林化纤的碳纤维可应用于风电、光伏、建筑补强、汽车轻量化、压力容器、体育休闲、航空航天等领域。

碳纤维在航天领域的应用还包括碳纤维增强的环氧基形状记忆聚合物复合材料可应用于火星探测任务，可在有效减轻载荷的同时实现自主变形，极大地提高结构的智能化水平，将推动我国深空探测工程的技术革新。未来，相关技术有望应用于我国空间站建设、探月工程、载人登月、火星探测、木星探测、小行星探测、冰巨星探测等重大航天工程领域。碳纤维热塑性复合材料储罐在商业太空领域也有广泛应用，与传统金属油箱相比，碳纤维增强聚合物 (CFRP) 油箱可以减轻 20 - 40% 的重量，同时满足了重复使用的要求。

碳纤维在其他领域也有广泛应用，如交通运输领域用作汽车传动轴、板簧、构架和刹车片等制件；船舶和海洋工程用作制造渔船、鱼雷快艇和巡逻艇，以及赛艇的桅杆、航杆、壳体及划水桨；海底电缆、潜水艇、雷达罩、深海油田的升降器和管道。运动器材领域用作网球、羽毛球、和壁球拍及杆、棒球、曲棍球和高尔夫球杆、自行车、赛艇、钓杆、滑雪板、雪车等。土木建筑领域用作幕墙、嵌板、间隔壁板、桥梁、架设跨度大的管线、海水和水轮结构的增强筋、地板、窗框、管道、海洋浮杆、面状发热嵌板、抗震救灾用补强材料。其他工业领域化工用的防腐泵、阀、槽、罐；催化剂，吸附剂和密封制品等。身体和医疗器材如人造骨骼、牙齿、韧带、X 光机的床板和胶卷盒。编织机用的剑竿头和剑竿防静电刷。其他还有电磁屏蔽、电极度、音响、减磨、储能及防静电等材料也已获得广泛应用。

碳纤维是最重要的无机高性能纤维，其在导弹、空间平台和运载火箭，航空器，先进舰船，轨道交通车辆，电动汽车，卡车，风电叶片，燃料电池，电力电缆，压力容器，铀浓缩超高速离心机，特种管筒，公共基础设施，医疗和工业设备，体育休闲产品，以及时尚生活用具等十八个领域，有着实际和潜在的应用。例如，在先进舰船领域，瑞典海军维斯比号护卫舰是世界第一艘在舰体结构中采用 CFRP 的海军舰艇，该舰长 73.0m、宽 10.4m、吃水深度 2.4m、排水量 600t；舰体采用 CFRP 夹层结构，具有高强度、高硬度、低质量、耐冲击、低雷达和磁场信号，以及吸收电磁波等优异性能。

A 股市场上，“碳纤维” 板块也强势爆发，海原复材、博云新材、天宜上佳、中简科技、金发科技、吉林化纤、朗进科技、上工申贝等 8 大潜力龙头值得收藏。

碳纤维概念在资金流入方面也表现突出，11 月 20 日，碳纤维概念上涨 2.37%，今日主力资金流入 6494.41 万元，概念股 34 只上涨，0 只下跌。主力资金净流入居前的分别为精工科技、星源材质、东华能源、吉林化纤、安泰科技。10 月 30 日，碳纤维概念上涨 1.2%，今日主力资金流入 5.6 亿元，概念股 16 只上涨，18 只下跌。主力资金净流入居前的分别为万丰奥威、吉林化纤、双一科技、金发科技、际华集团。

三、创新材料之 PEEK

（一）PEEK 材料的特点

1.轻且耐腐蚀、耐磨等各种耐耗，价格虽贵但重量只有铝合金的 1/3。

PEEK 材料本质上是塑料，但其价格远比铝合金贵，铝合金 2 万一吨，PEEK 材料平均 64 万一吨。然而，PEEK 材料重量却只有铝合金的 1/3。这种特性使得 PEEK 材料在众多领域中成为一种极具潜力的材料选择。它不仅具有较轻的重量，还具备耐腐蚀、耐磨等各种耐耗性能。例如，肯特股份指出，该材料不仅具有较高的刚性，还具备出色的韧性、耐磨性等优异性能。同时，纯 PEEK 树脂密度仅为 1.3g/cm3，甚至低于碳纤维材料密度，所以也是一种极佳的轻量化材料。

2.可以很好解决机器人噪音大、重量高导致耗电快的问题。

PEEK 材料轻且噪音小，能够显著减少机器的噪音和振动。各种行业中，PEEK 密封环在密封可靠性方面表现出色，能够防止液体和气体泄漏。同时，这些用 PEEK 制造的密封圈还可以减少机器噪音和振动，使要求更高的环境更稳定和和平。在工业经营条件下，这一优势极其重要。PEEK 材料轻且耐磨耐高温耐腐蚀，可以很好地解决机器人噪音大、重量高导致耗电快的两个问题。

3.可用于人形机器人的骨架、轴承、齿轮等部位。

通过使用碳纤维对 PEEK 改性可以提升 PEEK 材料的机械强度、耐摩擦和抗磨损性能，可应用在机器人的机械臂、关节连杆、齿轮轴承等部位。例如，光大证券指出，PEEK 兼具刚性与韧性，同时在耐热、耐磨、耐腐蚀性能方面均排名前列。纯 PEEK 树脂密度仅约为 1.3g/cm3，甚至低于碳纤维材料密度，也是一种极佳的轻量化材料。此外，通过使用碳纤维对 PEEK 改性可以提升 PEEK 材料的机械强度、耐摩擦和抗磨损性能，可应用在机器人的机械臂、关节连杆、齿轮轴承等部位，在人形机器人领域具备较高的应用潜力。

（二）PEEK 材料与人形机器人的轻量化

1.符合机器人轻量化趋势，能提高机器人动态响应能力、负载和动作灵活性。

PEEK 材料符合机器人轻量化趋势。与传统金属材料对比，PEEK 材料比强度接近钢铁且优于球墨铸铁。纯 PEEK 材料的密度为 1.35 g/cm3，如果再添加 30% 玻纤或 30% 碳纤维的密度为 1.42 g/cm3，当用碳纤维增强时，可以实现 29000psi 的拉伸强度，并且在 299℃下保持优异的性能，做到强度约是铝合金 8 倍。人形机器人及核心零部件采用 PEEK 材料可较铝合金进一步减重，能够提高机器人动态响应能力、负载和动作灵活性。

2.减少机器人运动过程中的能量损耗，提高能效。

人形机器人的电池既要保证体积小，又要追求长续航，电池续航问题一直是行业发展的一大痛点。在电池技术没有突破的情况下，Optimus-Gen2 全身重量减轻可以减少机器人在运动过程中的能量损耗，提高机器人的能效。

3.为推动新兴应用融合发展打下基础，促进机器人智能化发展。

更轻量化的设计，为推动新兴应用的融合发展打下了基础。机器人往往需要借助更多工具实现功能化，轻量化设计能使得机器人有更大空间加入各类传感器，从而实现动作优化，提高动作准确性。更多设备冗余空间不仅为机器人加入人工智能等新兴技术打下基础，还能使机器人提高对于环境的本体化自主处理和决策能力，不必每次都需要连接云端才能运行深度学习模型，这对于实现机网互联等方面都具有重要意义，进而促进机器人智能化的发展。

四、传统材料之铝合金

（一）铝合金在人形机器人中的应用

众擎机器人的 SE01 采用航空级别的铝合金材质，这一选择为其带来了诸多优势。航空级铝合金以其出色的性能，在人形机器人制造领域崭露头角。首先，这种材质使得机身坚固强韧，能够承受机器人在各种复杂动作和工作环境下所产生的应力。无论是进行高难度的动作，如上下蹲、俯卧撑、跑跳等，还是在工业场景中执行搬运、装配等任务，铝合金机身都能确保机器人的结构稳定。同时，铝合金又具有轻盈的特点，这不仅降低了机器人的整体重量，还有助于提高其运动效率。较轻的机身使得机器人在行动时更加灵活，能够快速响应指令，减少能量消耗。此外，航空级铝合金的应用还大幅提升了机械结构的寿命。其良好的耐腐蚀性和抗氧化性，使得机器人在不同的环境条件下都能保持稳定的性能，减少了因材料老化和损坏而导致的维修和更换成本。

立中集团作为铝合金产业的领军企业，其产品在机器人制造中也发挥着重要作用。公司拥有 40 年的铝合金研发和生产经验，具备行业领先的材料研发水平和丰富的技术储备。立中集团的高屈服压铸合金、A356 铝合金、6 系和 7 系变形铝合金等产品，可用于机器人零部件的制造。这些铝合金材料在机器人制造中展现出优异的轻量化效果，有助于减少机器人运行能耗、提高操作速度和工作效率，并且能够提高其使用寿命和稳定性。

北京铝合金 3D 打印技术为机器人制造提供了高强度部件。铝合金作为一种轻质、高强度的金属材料，在机器人制造中具有广泛的应用。而 3D 打印技术则能够实现对铝合金材料的高效、精确加工。通过 3D 打印技术，可以制造出具有复杂结构的骨架和支撑结构，提高机器人的稳定性和运动性能。同时，还可以制造机器人的关节和连接部件，满足频繁运动和力的作用下对高强度和耐磨性的要求。此外，铝合金 3D 打印还可以制造机器人的散热部件和防护罩等，提高机器人的可靠性和使用寿命。

（二）铝合金的优势与不足

铝合金作为人形机器人机身材料，具有明显的优势。首先，成本相对较低。与一些高性能的材料如碳纤维复合材料和 PEEK 材料相比，铝合金的价格更为亲民。这使得在大规模生产人形机器人时，能够降低生产成本，提高产品的市场竞争力。其次，铝合金的加工工艺成熟。经过多年的发展，铝合金的加工技术已经非常成熟，包括铸造、挤压、锻造等多种工艺，可以根据不同的需求制造出各种形状和尺寸的零部件。这为机器人的设计和制造提供了很大的灵活性。

然而，铝合金也存在一些不足之处，其中之一就是重量相对较重。虽然铝合金比钢材等传统金属材料轻，但与碳纤维复合材料和 PEEK 材料等新型轻量化材料相比，其重量仍然较大。这可能会影响机器人的运动效率和灵活性，尤其是在需要快速移动和高精度操作的场景中。此外，较重的机身也会增加机器人的能耗，降低其续航能力。

五、人形机器人机身材料的未来发展趋势

随着科技的不断进步，人形机器人机身材料将不断创新和发展，未来可能会出现更多性能优异、成本更低的材料，为人形机器人的广泛应用提供更多可能。

首先，在材料性能方面，未来的人形机器人机身材料将更加注重轻量化、高强度和高耐用性的结合。例如，碳纤维复合材料有望在保持现有轻质高强优势的基础上，进一步提高其耐疲劳性和耐高温性能，以适应更加复杂和恶劣的工作环境。PEEK 材料则可能通过不断的研发和改进，降低成本的同时提高其机械性能和耐磨性，使其在人形机器人领域的应用更加广泛。

其次，人工智能技术将在人形机器人机身材料的研发中发挥更大的作用。通过神经网络、图语法、进化算法等人工智能技术，可以根据不同的场景和任务需求，自动构建更加优化的机身材料结构，实现形态和控制的协同优化。例如，利用人工智能技术对碳纤维和 PEEK 材料进行改性，提高其在人形机器人关键部位的性能表现。

此外，随着 3D 打印技术的不断发展，人形机器人机身材料的制造将更加高效和精确。3D 打印技术可以实现对复杂结构的快速制造，为机身材料的创新设计提供了更多的可能性。例如，通过 3D 打印技术制造具有特殊结构的碳纤维复合材料部件，可以提高人形机器人的运动性能和稳定性。

在市场需求的推动下，人形机器人机身材料的产业链将不断完善。更多的企业将投入到机身材料的研发和生产中，提高材料的供应能力和质量稳定性。同时，随着人形机器人市场的不断扩大，机身材料的成本也有望逐步降低，为人形机器人的大规模应用创造条件。

最后，人形机器人机身材料的发展将与人形机器人的智能化发展相互促进。更先进的机身材料将为机器人的智能化提供更好的硬件支持，而机器人的智能化发展又将对机身材料提出更高的要求，推动机身材料的不断创新和进步。例如，随着人形机器人对环境感知和自主决策能力的提高，机身材料需要具备更好的传感器兼容性和信号传输性能，以实现机器人与环境的更加高效的交互。