人形機器人中鎂材料的應用與前景分析

人形機器人的發展源遠流長，其早期發展可回溯至20世紀60年代至90年代。在這一時期，技術的持續進步極大地提升了機器人的認知能力。從最初僅能執行簡單、刻板的動作，逐漸發展到能夠獨立且穩定地完成復雜動作，這一轉變堪稱具有里程碑意義。與此同時，人工智能（AI）技術的迅猛發展，更是為人形機器人的“大腦”注入了強大的智慧，使其智能化程度實現了質的飛躍。

現代人形機器人主要由感知、決策、控制以及執行這四大核心模塊構成。其中，執行模塊宛如人類的肌肉，在控制器的精準指揮下，驅動機器人的肢體進行各種運動。由于人形機器人的目標是能夠像人類一樣執行大部分動作，這就對其靈活性提出了極高的要求。在實現這一目標的過程中，輕量化設計成為了關鍵要素。

輕量化設計對于人形機器人而言具有多方面的重要意義。一方面，通過減少機器人各部件的重量，可以顯著降低驅動系統所需的力矩和功率。這意味著在相同的能源供應下，機器人能夠發揮出更大的承載力，執行更為復雜和繁重的任務。另一方面，輕量化有助于機器人降低功耗，減少能源消耗，從而延長其續航時間和使用壽命。從整體上看，輕量化設計對于提升機器人的性能，加速其商業化落地進程起著至關重要的作用，是當前人形機器人發展的必然趨勢。

在眾多常見的輕量化材料中，如鋁、鎂以及聚醚醚酮（PEEK）材料等，鎂材料展現出了獨特的價格優勢。長期以來，鎂與鋁的價格比值（鎂鋁比）常年保持在1.1至1.3之間。截至2025年1月17日，鎂鋁比更是低至0.877，明顯低于其合理區間范圍。這一價格優勢使得鎂在成本控制方面具有較大的吸引力。與PEEK材料相比，鎂的價格優勢更為突出，PEEK材料的價格遠遠高于鋁和鎂，這在大規模應用場景下，成本因素將成為制約其廣泛使用的重要因素。而鎂材料相對較低的價格，為其在人形機器人領域的大規模應用提供了有利的經濟基礎。

鎂材料在性能方面同樣表現出色。其密度極低，與鋁合金相比，相同體積下鎂的重量要減少三分之一。這種低密度特性使得鎂在輕量化應用中具有先天優勢。在汽車行業，鎂作為輕量化材料已經得到了廣泛的應用，并且取得了顯著的成效。其在減震性能和散熱性能方面尤為突出，而這些性能特點與人形機器人的功能訴求高度契合。

在機器人的實際運行過程中，良好的減震性能可以有效減少機器人在運動過程中產生的震動和沖擊，保護機器人內部的精密零部件，提高機器人的穩定性和可靠性。出色的散熱性能則能夠確保機器人在長時間運行過程中，電子元件產生的熱量能夠及時散發出去，避免因過熱導致的性能下降甚至故障。

以AD91D鎂合金為例，其密度僅為1.7kg/m3，約為鋁的2/3，鋼的1/4。然而，其強度卻高于鋁合金，比剛度接近鋁合金和鋼，這使得它能夠承受一定的負荷。同時，AD91D鎂合金還具有良好的鑄造性和尺寸穩定性，在制造過程中能夠精確成型，保證產品質量的一致性。此外，它還具備良好的阻尼系數，減震量大于鋁合金和鑄鐵，進一步凸顯了其在減震性能方面的優勢。這些優異的性能使得鎂合金在機器人殼體等部件的應用中具有巨大的潛力。

目前，鎂金屬在機器人領域的應用已經逐漸展開，并取得了顯著的成果。寶武鎂業和埃斯頓機器人攜手合作，率先推出了鎂合金工業機器人新品“ER4-550-MI”。這款機器人在多個方面展現出了卓越的性能提升。與傳統機器人相比，其節拍速度提升了5%，這意味著在相同時間內，它能夠完成更多的工作任務，提高了生產效率。在減震、電磁屏蔽和散熱方面，該機器人表現出色，有效增強了運行的穩定性。同時，能耗降低了10%，顯著提高了能源利用效率，降低了使用成本。這一成功案例充分證明了鎂材料在提升機器人性能方面的巨大潛力，也為鎂材料在機器人領域的進一步推廣應用提供了有力的實踐依據。

近年來，工業機器人市場呈現出蓬勃發展的態勢。2023年，全球工業機器人裝機量已經達到54萬臺，與2015年的25萬臺相比，增長了116%，顯示出了強勁的發展勢頭。而我國作為全球制造業的重要力量，工業機器人的發展速度更為迅猛。根據國家統計局數據顯示，我國2024年工業機器人產量達到了53萬臺/套，同比增長40%。

圖表： 我國工業機器人產量情況

數據來源：中研普華產業研究院整理

我們對寶武鎂業推出的鎂合金機器人進行了詳細測算，其鎂用量約為4.97千克左右。以此作為工業機器人平均單機用量，在當前完全用鎂替代其他材料的情況下，工業機器人將拉動約2683噸鎂消費量。隨著工業機器人技術的不斷進步，其應用領域也在不斷拓展。未來，若在更大尺寸或其他新型號的工業機器人上廣泛運用鎂合金材料，從長遠來看，對鎂合金的拉動作用有望達到萬噸以上。這表明工業機器人的快速發展將成為鎂材料需求增長的重要驅動力之一。

隨著技術的不斷成熟和市場的逐步培育，人形機器人即將迎來量產時代。經過測算，在人形機器人的電機外殼及身體部分外殼應用中，每臺（套）人形機器人或可拉動13.7千克鎂金屬用量。假設未來人形機器人的出貨量達到100萬套，那么人形機器人遠期將拉動1.37萬噸鎂金屬消費量。而且，若未來在機器人的其他部件同樣實現鎂金屬替代，例如關節部位、內部結構件等，那么對鎂合金用量的拉動將更為可觀。人形機器人作為未來科技發展的重要方向，其巨大的市場潛力將為鎂材料的應用帶來廣闊的發展空間，成為推動鎂用量大幅增長的又一強大動力。

在人形機器人快速迭代的背景下，輕量化已成為行業發展的必然趨勢。鎂材料憑借其顯著的價格優勢、卓越的性能表現以及在實際應用中的良好成果，正逐漸成為人形機器人輕量化的理想材料。隨著工業機器人和人形機器人市場的不斷發展，鎂材料的用量有望實現大幅增長，在人形機器人領域展現出巨大的應用潛力和發展前景。