【行业洞察】新场景新材料(下)| 人形机器人,下一个颠覆性科技革命先锋

2024-07-04




■ 作者 中国化工信息中心咨询事业部  张松臣、张帆

背景简述

人形机器人是一种模仿人类的外观和行为的仿生通用机器人,具有擅长处理复杂多样任务、易于融入人类日常活动等特点,其设计功能目标是在工厂和商业活动中替代人进行工作,或在日常生活中帮助和服务人类。

本系列文章聚焦新场景下的新材料机遇。上一篇文章重点介绍了低空经济新材料发展情况,本篇文章我们将对人形机器人产业进行分析、解读。


人形机器人集成人工智能、高端制造、新材料等先进技术,有望成为继计算机、智能手机、新能源汽车后的颠覆性产品,深刻变革人类生产生活方式,重塑全球产业发展格局。


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人形机器人:未来产业创新的标志性产品


近年来,国内外人形机器人快速发展,行业关注度日趋提升。在政策层面,2023年10月,工信部印发《人形机器人创新发展指导意见》,首次对人形机器人产业发展提出系统性指导意见,明确发展目标与时间点,即到2025年,人形机器人创新体系初步建立,一批关键技术取得突破,确保核心部组件安全有效供给。整机产品达到国际先进水平,并实现批量生产,在特种、制造、民生服务等场景得到示范应用。到2027年,人形机器人技术创新能力显著提升,形成安全可靠的产业链供应链体系,综合实力达到世界先进水平,产业加速实现规模化发展。


2024年1月,工信部等七部门联合印发《关于推动未来产业创新发展的实施意见》,要求加快实施重大技术装备攻关工程,突破人形机器人、量子计算机等高端装备产品,以整机带动新技术产业化落地,打造全球领先的高端装备体系。人形机器人处于未来创新标志性产品前列。


在海外方面,2023年5月,美国白宫公布了一系列围绕美国人工智能使用和发展的新举措,并更新发布了《国家人工智能研发战略计划》,其中明确提出要“开发功能更强大、更可靠的机器人”;日本实施新机器人战略,旨在使该国成为世界第一的机器人创新中心,重点领域是制造业、护理和医疗、基础设施和农业。


人形机器人产业链上游包括执行器、感知部件、控制与交互、动力、结构件和热管理系统等。感知部件对应人形机器人的五官、执行器对应四肢、控制与交互对应大脑,属于人形机器人的核心模块,也是利用各类高性能材料较多的位置;中游包括研发、本体生产和系统集成;下游为军事、工业和服务等主要应用行业,其中工业领域和服务领域的应用潜力较大,市场价值较高。


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人形机器人涉及的化工新材料


人形机器人中三大执行器(线性执行器、旋转执行器、灵巧手)占人形机器人主要零部件价值量的73%,主要由丝杆、无框力矩电机、减速器、力传感器、空心杯电机及轴承构成。



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有机硅材料

有机硅材料具有柔软亲肤、耐高低温、耐辐射、无毒无味、以及生物相容性和环境稳定性好等特点,一直在汽车、飞机、军事技术、电子设备等领域发挥重要作用,在柔性电子器件、柔性机器人等领域的应用前景可观。


硅材料重要中间体为聚二甲基硅氧烷(PDMS),在医药、合成橡胶、工程塑料、日化产品、汽车等众多领域拥有广阔应用前景,市场主要集中于欧美及日本等国家,代表企业包括信越‎‎化学、陶氏化学、瓦克等。陶氏化学推出的PMX-20具有挥发性低、分子量分布均匀、热稳定性好等优势,产品销量全球领先。在本土市场方面,与海外发达国家相比,我国硅材料生产技术相对落后,本土企业集中于生产中低端产品。


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高性能复合材料

OC/HDPE(高密度聚乙烯)复合材料综合性能优良,可用作人形机器人的肌肉纤维。COC/COP是由烯烃与环烯烃共聚或环烯烃单聚而成的一类新型无定形热塑性工程塑料,具有高透明性、低双折射率、低吸湿性、低收缩率、低介电常数以及良好的耐热性、耐化学性、耐光性等一系列优异性能,被广泛应用在光学、包装和医疗等领域。


COC/COP生产工艺复杂,环烯烃单体合成难度大,目前世界上只有少数几家企业的技术和生产工艺能实现大规模量产,如日本瑞翁、日本宝理塑料、日本合成橡胶以及日本三井化学等。国内阿科力、金发科技、万华化学等企业在该领域进行研发,计划未来投入工业化生产。此外,我国高端牌号聚乙烯产能近年来有所增加,但仍然依靠进口。随着国内自给率的提升,部分通用料被国产资源替代,但是高端品种受技术限制,短时间仍难以替代。


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聚醚醚酮(PEEK)

2019-2023年,中国PEEK总产能由2700吨/年增长到6050吨/年,产能年均增长22.4%;产量由1500吨增长到2800吨,产量年均增长16.9%,增长趋势明显。从需求层面来看,中国PEEK主要下游消费为交通运输、电子电气以及医疗器械等领域。中国PEEK市场消费量逐年增加,已经成为继欧洲和美国外最大的消费市场。虽然中国PEEK树脂的自给率呈现逐年上升态势,但2023年仍有近40%来源于国外进口,主要原因是目前中国PEEK头部生产企业产能尚不能满足中国全部需求,第二、三梯队生产企业的生产工艺仍有待提高。


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介电弹性体

介电弹性体在传感器、能源收集和驱动器等领域中的应用前景较好,因此受到广泛关注。聚氨酯材料是力学和物理性能较好的一种弹性体材料。世界主要聚氨酯生产商有巴斯夫、科思创、万华、亨斯曼、陶氏等。国际领先企业在技术、下游产品多样化、高端化方面优势明显;国内企业在成本、市场、上游原料一体化方面具有优势。高性能丙烯酸酯弹性体是由丙烯酸酯类单体通过嵌段聚合制备的一种高性能热塑性弹性体材料,具有优异的透光性、耐候性和耐氧化性。目前,高性能丙烯酸酯弹性体被日本可乐丽公司垄断,主要依赖进口。


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其他材料

聚乙二醇(PEG)具有良好的保湿性、润滑性、生物相容性等,可用于机器人仿生皮肤。国内工业级聚乙二醇产能过剩,医药级、化妆品级等高端聚乙二醇仍存在一定进口。铁电材料是一类在施加外部电荷时表现出自发电极化的材料。在相变过程中,这些材料中的机械应变可以使其形状等特征发生变化,有望成为一种高性能的运动控制器,作为机器人的“肌肉”。目前,相关材料的开发仍处于实验室研究阶段。



化信观点


国家高度重视新质生产力的培育和发展,鼓励相关产业和企业整合科技创新资源。以低空经济、人形机器人为代表的战略性新兴产业核心技术不断完善,在政策、资本以及技术多维度赋能下,市场潜力有望加速释放。然而,上游零部件等环节对于高性能材料,尤其是部分高端化工新材料的需求,目前仍无法得到满足。这在一定程度上抑制了我国战略性新兴产业和未来产业的快速发展。


未来各应进一步重视对相关前沿产业的研究,加快相关上游高端化工新材料的国产化突破,进一步改善现有产品的技术和应用水平,进而带动提升我国化工新材料行业在下游高端应用领域的整体水平。


《2024 中国化工行业发展报告》

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