南极熊导读：3D打印+人形机器人，两大新兴热点技术碰撞会产生什么火花呢？
前言：当前，人形机器人正逐渐从概念走向现实，展现出广阔的市场前景广阔，预计到2030年全球销量将超过100万台，十年内产值有望达到千亿人民币。随着全球数字化进程的推进，机器人产业正迎来关键的发展机遇。马斯克近日宣布Optimus将在年底前具备执行工厂任务的能力，并计划在2025年底前对外销售，这预示着人形机器人技术的成熟和产业化的临近。人形机器人对性能提升提出了更高的要求，尤其是轻量化、高强度、灵活性等方面，而新材料技术的创新与发展，为人形机器人的未来发展注入了新的活力。作为一种革命性的增材制造技术，3D打印技术与高性能材料的结合，无疑将给人形机器人带入到一个革命性的新时代。
人形机器人，又称“仿生人”，是一种模仿人类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。
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，是一个国家高科技实力和发展水平的重要标志。相比其他机器人，人形机器人对智能感知、运动控制、智能决策、人机交互的综合能力要求更高。
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人形机器人，未来产业创新的标志性产品
在《列子·汤问》中，“偃师造人”的故事描绘了一位技艺超群的工匠，创造出一个行走自如、以假乱真的人偶。这个古人制造的“机器人”，是我们对机械和人如何实现交融的浪漫想象与大胆尝试。
当前，机器人技术日新月异，从简单的重复劳动到复杂的精密操作，从单一功能到多任务集成，不断朝着更加智能化、自主化、个性化的方向发展。作为AI 的终极应用，人形机器人被认为是下一个颠覆性变革力量。特斯拉是“具身智能”浪潮的先行者，特斯拉公司CEO埃隆·马斯克认为，未来地球上的机器人数量终会超过人类。
数据显示，中国已经成为全球机器人第一大消费市场和生产大国。报告显示，预计到2029年，人形机器人市场规模将达750亿元，2035年人形机器人市场规模将达3000亿元，成为引领新一轮科技革命和未来产业变革的重要引擎。
政策方面，自2016年起国家政策助力人形机器人产业发展。2023年11月，工信部发布《人形机器人创新发展指导意见》，规划至2025年关键技术突破和产业链建立，到2027年提升至国际先进水平。2024年1月，工信部等部门提出加快人形机器人等高端装备产品技术攻关，预示着产业链商业化进程的加速。工信部制定目标，旨在2025年构建人形机器人创新体系，实现产品国际先进水平和规模化生产。
应用层面：（1）相较于传统工业和服务机器人，人形机器人在执行复杂任务方面具有明显优势，尤其在ToB制造业中的应用仍有空间。例如汽车制造业，人形机器人已经开始替代工业机械臂，执行总装车间和其他精细化操作；全球汽车企业，包括特斯拉、小鹏、宝马、本田、丰田和比亚迪，都在积极推进人形机器人在汽车制造中的应用。其中优必选的Walker S人形机器人在新能源车厂的实训，以及特斯拉Optimus在电池包组装训练中的应用，标志着人形机器人在汽车制造领域的产业化进程正在加速。（2）人形机器人具备高级感知系统，自主决策能力&交互能力增强，在ToC端的应用潜力更大。随着AI技术的进步，人形机器人的泛化能力不断增强，尤其在家庭护理和民生服务等消费端领域具有巨大的应用潜力。
近年来人形机器人有多火？在低迷的一级市场，人形机器人无疑是最热门的赛道，各路资本正以惊人的速度向AI领域投入资金。Crunchbase数据显示，仅2024年上半年，全球就有超过355亿美元流向人形机器人领域。
初创公司Figure AI，短短两年就获得7.5亿美金的融资，最新一轮融资发生在今年2月，B轮融资，金额高达约6.75亿美元（近50亿元），背后投资人包括亚马逊、微软、英伟达、英特尔、OpenAI等，基本硅谷半壁江山都竞相跟投了，足以可见Figure AI有多火，被寄予多少期望。
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“地表最强”人形机器人Figure02来了！
灵活的手指、翻转手腕抓取物体、进厂打工……举手投足间，机器人又离人类近了一步。这是今年最火机器人厂商Figure AI发布的最新机器人叫“Figure 02”，被称为“地表最强机器人”。
新款 Figure-02 进行了“彻底的硬件和软件重新设计”，包括对人工智能系统、计算机视觉、电池组、电子设备、传感器和执行器的升级，采用了总共数千个部件，数百个独特部件，在外观、一体化关节、执行器、仿生足部、灵巧手、头部及全身活动范围等方面均有显著提升。外形上，Figure 02身高和成年男性差不多，高约170cm，重70公斤，专为在人类环境中工作而设计。
南极熊发现，一个重要且新颖的设计在于，Figure 02使用了3D打印出来的新型复合材料。其膝盖或手臂肘关节附近新增蜂窝状可压缩组织，这种软停止装置主要是为了提供运动缓冲，同时实现轻量化和强化散热性能，这给了人形机器人更高的灵活度、大幅延长其使用寿命。
李教授是苏州大学机电工程学院教授和机器人评审专家。他认为，高性能材料对整个人形机器人产业发展意义重大。Figure AI公司在其最新的Figure 02人形机器人上采用的3D打印新型蜂窝状复合材料对于提升机器人性能至关重要，可以说正是有了这款材料，才让人形机器人真正“动起来”。
1、缓震系统：该新型复合材料被装配在Figure 02的肘关节和膝关节处，提供了必要的运动缓冲，避免小臂和大臂、小腿和大腿金属件相碰撞。在没有应用这种材料之前，人形机器人的关节部位往往采用传统金属材质，为避免相互碰撞，只能添加限位器对其加以限制，这极大地限制了机器人的灵活性和使用场景。这种蜂窝状结构在一定程度上让机器人摆脱限位器的限制，因为它能够在机器人运动过程中吸收冲击，减少对机器人自身的损害，同时保护机器人内部的精密部件免受震动影响。
2、轻量化：人形机器人的体重需要严格把控，若体重过重，则会加重伺服电机的扭矩负担，难以满足驱动机器人行动的要求。通过3D打印技术制造的蜂窝状结构，实现了材料的轻量化。这种结构在保持强度和刚度的同时，大幅减轻了机器人的重量，这对于提高机器人的能效比和运动性能至关重要。3D打印技术可以实现结构一体化和蜂窝状结构，方便在径向上和在轴向上改变蜂窝结构的纹理和孔隙率，实现轻量化设计。
3、散热系统：新型复合材料可以起到强化散热的效果。在机器人的关节等关键部位，由于运动和电子元件的发热，有效的散热变得尤为重要。蜂窝状结构增加了表面积，有助于热量的分散和传导，从而提高机器人的稳定性和耐久性。
Figure 02人形机器人上使用的3D打印蜂窝状新型复合材料，在提升运动性能、减轻重量、增强散热和提高耐用性等方面发挥了重要作用。Figure 02的这一创新应用，不仅提升了机器人的性能，也代表了3D打印技术在复杂结构制造上的巨大潜力。这种新材料的应用，推动了人形机器人材料科学的发展，并有望引领未来机器人设计的新风潮。
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博理科技推出3D打印多层建构化蜂窝复合材料
说起高性能缓震和轻量化材料，笔者最先想到的就是3D打印在鞋子上的应用。南极熊此前就报道过因“真正的踩屎感”火爆全网的3D打印拖鞋，凭借其透气、缓震、舒适性受到消费者喜爱，短短一个夏天在抖音爆卖数万双。—— 也就是说，这种3D打印晶格化弹性材料早已实现了批量化生产。
弹性体材料是3D打印材料中一个特别的分类，进入的厂商并不多见，但博理科技在这个领域已经耕耘了七年。跟传统3D打印公司相比，博理所采取的技术路线是从最核心的材料端入手，基于材料的特性研发适配的设备，并研发了的HALS超高速3D打印技术，实现高性能高分子材料的3D打印。目前，博理已经在鞋子、自行车坐垫、头盔、腰靠、枕头等领域实现规模化批量生产。
博理在高分子材料领域具有强大的研发能力。早在2023年，博理就已经开发出超过5000组的3D打印高分子材料配方。此后，博理每年都会推出新型材料（如齿科材料、工程材料、防静电材料）来开发出多行业3D打印解决方案。
南极熊获悉，博理科技这次推出了可用于人形机器人的3D打印多层建构化蜂窝复合材料。这款复合材料以高弹性、抗撕裂性和极强的疲劳性能为主要特征，具有较大的弹性模量和弹性极限，可实现强度可调、硬度可调、颜色可调、韧性可调等主要技术指标，耐弯折≥100万次。
△材料测试视频
在减震方面，它能够有效吸收和分散冲击力。这种材料被集成到人形机器人的关键运动节点，减少了金属部件间的直接接触，从而降低了磨损和潜在的损害风险；在轻量化方面，博理科技的材料同样表现卓越。通过精确的3D打印工艺，不仅提升了机器人的能效，还增强了其动态响应能力，使得机器人在执行任务时更加敏捷和高效；在散热性方面，多层建构化蜂窝状结构通过增加热交换面积，优化热量的传导和散发。
数据表明，这一复合材料可以有效的提高能量吸收率，并且可以避免结构在受力中发生的应变集中问题。3D打印多层建构化蜂窝复合材料吸收的能量可高于传统蜂窝结构四倍，同时具有很强的变形可恢复能力。这种较强的变形可恢复能力使其在循环荷载条件下具有非常好的吸能表现。
李教授认为，3D打印多层建构化蜂窝结构运用在人形机器人部件上具有明显的优越性：从材料角度来说，其内部的超弹体能够储存能量，减少结构受到的损伤。从结构角度来讲，内部的柔性层提供了约束，提供了侧向的约束力，进而减少了结构的破坏。无疑使得整个部件更加轻盈，同时保持缓震和灵活性。
博理科技的这一创新材料，不仅在人形机器人的性能提升上发挥了关键作用，也展现了3D打印技术在制造复杂结构方面的巨大潜力。随着博理科技材料的广泛应用，人形机器人的设计和制造正迈向一个更加高效、安全和耐用的新时代。
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展望未来
从人体肌肉到智能传感器，再到轻量化缓冲、减震和结构部件.......，博理科技的3D打印多层建构化蜂窝复合材料以其独特的性能为人形机器人的发展提供了新的可能性。随着材料科学和机器人技术的不断进步，我们相信，高性能复合弹性体材料在人形机器人中的应用将更加多样化和深入。
展望未来，人形机器人技术的不断进步将为新材料市场带来前所未有的机遇，同时也提出了新的挑战，例如，如何进一步提升材料性能、降低生产成本、实现可持续生产等。随着未来人形机器人需求量的快速增加，人形机器人与3D打印产业的协同发展，将推动人形机器人进入下一个新时代，开启一个充满创新与变革的新时刻！
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