人形机器人以能够像人类一样执行大部分动作为目标，因此对其灵活性要求较高。而要能够像人类一样地灵活地执行大部分动作，需要对人形机器人的重量进行严格的控制。因为过大的自重，会显著增加伺服电机的扭矩负担，从而影响人形机器人的灵敏性、载重和续航能力。
轻量化设计则可以减少机器人各部件的重量，降低驱动系统所需的力矩和功率，从而发挥出更大的承载力，有助于机器人降低功耗、延长寿命等，对机器人性能及商业化落地至关重要。各大主流机器人厂商的产品在迭代过程中均不同程度呈现减重、轻量化趋势。
如特斯拉在2023年12月推出的第二代人形机器人OptimusGen 2，相比第一代减重10kg、行走速度提升30%，稳定性、灵活度、速度等实现全面提升。OptimusGen 2实现减重的关键之一，就是在其仿生关节和轻量化齿轮中使用了大量PEEK（聚醚醚酮）材料。
△ 特斯拉 OptimusGen 2，图源网络
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什么是PEEK材料？
聚醚醚酮（poly-ether-ether-ketone，简称 PEEK），属于聚芳醚酮（PAEK）大类，是一种由亚苯基环通过醚键和羰基连接而成的结晶型芳香族热塑性聚合物，是公认的全球性能最好的热塑性材料之一，主要性能优于金属和其他塑料材料。
△ 常用普通塑料、工程塑料及特种工程塑料示意图，图源中研股份招股书
与主要工程塑料、特种工程塑料相比，PEEK 性能全面，在刚性方面优于绝大多数特种工程塑料的同时，也兼具韧性，展现了全面的机械性能，此外在耐热、耐磨、耐腐蚀等方面均表现优异。
△ PEEK与主要工程塑料、特种工程塑料性能对比情况，图源中研股份招股书
与普通金属相比，PEEK的比强度远高于钢和铝合金，因此在满足强度要求的前提下，可以大幅度减小材料本身的自重，成为实现轻量化的解决方案。此外，在绝缘性、耐化学性方面，PEEK 也优于普通金属。
△ PEEK与通用金属钢、铝合金性能指标对比，图源中研股份招股书
综上，PEEK材料优异的综合性能，使其在人形机器人轻量化设计上具有广阔的应用前景。
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PEEK在人形机器人上的应用
PEEK主要应用于人形机器人肢体骨骼及关节传动等部件：
1、关节齿轮/轴承等传动部件
齿轮/轴承：PEEK出色的耐磨性和自润滑性，超低摩擦系数（0.1-0.2）、低热膨胀系数（约30×10^-6/K） ，用于关节齿轮和轴承，可减少部件磨损、降低能耗和噪音，同时强度高、尺寸稳定性好，且比金属材料更轻，可以提升人形机器人关节的扭矩/重量比，让机器人运动更高效精准，延长使用寿命。
△ 人形机器人PEEK行星齿轮，图源君华股份
在科盟创新发布的PEEK复合材料谐波减速器中，采用PEEK/树脂复合注塑技术，将内齿轮与交叉滚子轴承集成设计，不仅减少了50%以上的传统金属组件，还实现了轴承组件轻量化与高刚性的同步提升。整体重量较金属版本减轻61%，扭矩/重量比提升74%，同时具备无振动传动与误差自适应补偿等优势。
△ PEEK复合材料轻量化谐波减速机，图源科盟创新
科盟创新的轻量化摆线减速机同样采用PEEK复合材料主体结构，薄型马达关节模块壳体则为PEEK复合材料与铝合金，实现轻量化。
△ 轻量化摆线减速机，图源科盟创新
△ 壳体采用PEEK复合材料与铝合金的关节模块，图源科盟创新
灵巧手：PEEK用于机器人手指骨架，具有高强度、轻量化的优势。
2、轻量化本体结构件
PEEK可与玻纤、碳纤维等增强材料复合，用于机器人骨架或壳体等，可减轻整体重量，同时保持高刚性，提升运动效率。
3、六维传感器
六维力矩传感器通常由弹性体、应变片（或压电晶体等敏感元件）、电路部分及信号处理单元组成。弹性体作为传感器的主体，其设计直接关系到传感器的测量精度和稳定性。
在高速作业环境下，机器人多维力传感器处于多维加速度场中，传感器弹性体惯性质量附加的惯性力矩会形成测量误差。针对以上问题，在传感器弹性体结构确定的基础上，寻找轻量化弹性体材料、可使弹性体惯性更小。
PEEK具有优异的韧性和刚性平衡，耐疲劳性媲美金属，同时具备良好的绝缘性。在六维力传感器中使用PEEK替代常用的金属材料（如合金钢、不锈钢、铝合金），可以降低惯性质量误差，提升测量精度。
△ PEEK 弹性体-用于六维力传感器 图源：《多维力传感器的静动态性能研究》（作者：付立悦），国金证券研究所
总的来看，PEEK是人形机器人实现轻量化目标的优选材料，随着人形机器人逐步商业化落地，PEEK材料在该行业的市场空间也将进一步增长。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，到2027年国内PEEK材料需求将达到167亿元以上。
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PEEK材料相关企业
据了解，由于技术壁垒高，研发投入大，目前掌握PEEK材料聚合工艺的企业数量较少，行业呈现“一超多强”的格局。
威格斯PEEK产能超7000吨/年，约占全球产能的60%，是全球最大的 PEEK 生产商。其他PEEK合成企业主要有世索科Syensqo （原索尔维）、赢创、中研股份、吉大特塑、君华特塑、鹏孚隆、山东浩然 、盘锦中润、金发科技、沃特股份。
△ 汽车应用PEEK齿轮，图源威格斯展台
上述企业通常可提供PEEK树脂、粉末、线材、薄膜、板棒材及复合材料（单向带/层压板）等多种产品组合，部分企业还可以做注塑/机加工。
△ PEEK改性料，图源吉大特塑展台
△ PEEK板材，图源君华股份-山东君昊展台
△ PEEK机加工件，图源中研股份展台
除了上面的合成企业外，PEEK改性企业、型材加工企业众多，如山东赛恩吉、道恩股份、江苏亨博、厦门长纤、江苏韩塑新材料、恩欣格、聚赛龙、聚科高新、聚泰新材等等。
△ PEEK/CF预浸带，图源道恩股份展台
