四十多天前的2025年蛇年春晚，宇树科技的人形机器人以一段艳惊四座的扭秧歌转手绢表演成为了无数国人的关注焦点，不仅展示了中国高科技发展的最新成就，也让人形机器人走进了大众视野。而在这场视觉盛宴的背后，是众多创新技术的支持，其中也少不了塑料、聚合物及高分子材料的功劳，为实现轻量化、耐用性和美观性的完美结合提供了可能。

顾名思义，人形机器人就是一种模仿人类外形和行为的机器人，通常具备头部、躯干、四肢等结构，能够执行行走、抓取、对话等任务。其核心目标是模拟人类的形态与功能，应用于工业制造与装配、仓储物流、服务、医疗、教育、娱乐等领域。从结构件到传动部件，从防护外壳到能源模块，塑料/聚合物/高分子材料在人形机器人的各个角落都发挥着关键作用。

人形机器人的外壳和结构件需要兼具轻量化和高强度，以支撑其复杂的运动功能。目前，聚碳酸酯（PC）和ABS树脂是主流选择。例如，日本软银集团推出的NAO机器人，其外壳的主要材料采用PC - ABS塑料。这种材料巧妙融合了PC的高强度与ABS塑料的优良加工性能，为机器人打造出既坚固耐用又造型美观的外壳，就像给机器人穿上了一件坚不可摧的 “防护服”，不仅能有效抵御日常的碰撞与刮擦，保护内部精密的电路和零部件，还能通过出色的加工性能，让机器人拥有各种酷炫的外观设计，成为科技感与美感兼具的“颜值担当”。碳纤维复合材料（CFRP）也在人形机器人领域崭露头角，这种材料具有高强度、质轻、柔软亲肤、耐高低温等突出优点，在人形机器人的机械臂和肢体支撑等结构部件中被广泛应用。与铝合金相比，CFRP可将机械臂的总质量减轻30%，同时提升安全性和稳定性。

关节是人形机器人实现复杂动作的核心部位，对材料的要求极为严苛，通常使用聚酰胺（PA，尼龙）和聚醚醚酮（PEEK）等高分子材料。这些材料具有优异的耐磨性和自润滑性，能够减少关节磨损，延长机器人寿命。以实现高效的能量传递和运动控制。宇树科技的H1人形机器人关节采用了PEEK和碳纤维复合材料，实现了高抗冲击性，能够承受高达360N·m的关节扭矩，并支持复杂的动态运动，如原地后空翻和快速奔跑，北京亦庄将于4月13日举办全球首个人形机器人半程马拉松赛事最近也上了热搜榜。特斯拉的Optimus Gen2擎天柱二代人形机器人的关节部位就采用了PEEK材料，在不影响性能的前提下成功减重10kg，并提升了30%的行走速度。法国Ensta ParisTech公司和Flowers Lab公司联合打造的Poppy机器人，除核心的马达与电子电路外，众多零件都采用3D打印技术，而打印材料正是PA。PA 材料凭借出色的耐磨性与机械性能，轻松应对频繁活动产生的摩擦与压力，确保机器人关节灵动无比，舞蹈动作行云流水，丝毫不会出现卡顿。

传感器和电子元件是机器人的“神经系统”，需要高精度和耐环境性。液晶聚合物（LCP）和聚酰亚胺（PI）等材料因其优异的绝缘性和耐高温性，被广泛应用于这些部位，确保电子信号能够稳定、快速地传输，让机器人的“大脑指令”精准无误地传达至各个部位，顺利完成“抛手绢、接手绢”各种复杂动作。

人形机器人的应用场景复杂多变，随着技术的发展，市场对于所用材料提出了更高的要求和挑战。

人形机器人需要在复杂环境中完成高难度动作，这对材料的轻量化和强度提出了极高要求。如何在保证强度和性能的基础上实现结构减重，以令人形机器人真地能如人类般灵活自如的运动并降低能耗，那么减轻自身重量（轻量化）就是塑料材料领域面临的首要挑战，特别是对于那些需要频繁运动的部件，如手臂、腿部等。尽管塑料材料相较于金属材料本身已具备一定的重量优势，但面对人形机器人愈发严苛的轻量化要求，亟待材料科学家们研发出密度更低、强度却丝毫不减的新型塑料材料。

在实际应用的各种复杂环境中，人形机器人难免会遇到跌落或碰撞等意外情况，因此材料需要具备优异的耐摔性和抗冲击性。例如，春晚表演中，宇树机器人需要在高速运动中保持稳定，这对材料的韧性提出了极高要求，以保证机器人安全和减少维护成本。在此方面，复合材料的应用取得了显著成效。波士顿动力的Atlas机器人（见下图）采用了碳纤维/环氧树脂骨骼框架，重量较铝合金减轻45%，同时保持了高强度和抗冲击性能。而特斯拉Optimus Gen2的脊椎结构则使用了三维编织复合材料，扭转刚度提升3倍，实现了类人柔韧性。自修复高分子材料能够在受损后自动修复，显著提高了机器人的耐久性，例如，聚氨酯自修复材料已被开发出来在实验室中成功应用于机器人关节部位，未来有望实现商业化。

当机器人处于高强度工作状态时，内部会产生大量热量，导致一些部位的温度显著升高。此时，塑料材料的耐高温性能便成为影响机器人正常运行的关键因素。尤其是在工业生产等高温环境中作业的人形机器人，对塑料材料的耐高温性能要求更为苛刻。如何让塑料材料在高温环境下依然能够保持稳定的性能，成为行业必须全力解决的重要课题。聚苯硫醚（PPS）材料以其出色的耐高温（260℃）而著称，常用于人形机器人的关节轴承、齿轮和电机绝缘骨架等部件。例如，日本本田公司的人形机器人ASIMO（见下图）的电机外壳采用了PPS材料，有效防止了过热变形。

此外，推动人形机器人的大规模商业化还需要控制成本，这对高性能塑料材料的普及提出了挑战。为了降低成本，一些企业开始探索低成本高性能塑料材料，在性能提升与成本控制之间实现更好的平衡，以满足大规模生产的需求。例如，改性聚丙烯（PP）通过添加纳米填料，既保持了低成本，又提高了强度和耐热性，已被用于部分家用机器人中。  

从春晚舞台到工业生产线，人形机器人正以惊人的速度改变着我们的生产与生活。除了赚足眼球的人形机器人之外，以“机器狗”、“机器狼”代表的四足机器人也不令人陌生。另外，我们常说的无人机，其实就是一种空中机器人。而在这场轰轰烈烈的机器人科技革命中，塑料材料无疑是背后的“无名英雄”。总之，随着材料科技的不断进步，各种机器人将更加灵活、耐用和普及，舞动未来新时代。