近兩年人形機(jī)器人的迅速發(fā)展有目共睹。此前，科技巨頭特斯拉旗下的Optimus人形機(jī)器人憑借持續(xù)研發(fā)及改進(jìn)，在功能上不斷突破，已經(jīng)能夠完成諸如搬運(yùn)物品、簡(jiǎn)單裝配等多元任務(wù)，且動(dòng)作愈發(fā)流暢自然，展現(xiàn)出強(qiáng)大的應(yīng)用潛力；國(guó)產(chǎn)企業(yè)宇樹(shù)科技同樣成績(jī)斐然，其推出UnitreeG1人形機(jī)器人，憑借獨(dú)特的設(shè)計(jì)和出色的性能在市場(chǎng)上嶄露頭角。
在2025年的春晚舞臺(tái)上，由宇樹(shù)H1“福兮”人形機(jī)器人組成的《秧BOT》節(jié)目驚艷全球，其身著大紅棉襖、扭秧歌轉(zhuǎn)手絹，流暢的舞姿和精準(zhǔn)的AI交互，一夜之間成為“科技頂流”。據(jù)統(tǒng)計(jì)，節(jié)目播出后相關(guān)話題閱讀量迅速突破10億次，引發(fā)全民對(duì)人形機(jī)器人的關(guān)注熱潮。這一現(xiàn)象級(jí)表現(xiàn)，僅是人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)崛起的冰山一角。
相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，2024年中國(guó)人形機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模達(dá)27.6億元，隨著AI芯片性能提升與機(jī)器學(xué)習(xí)算法優(yōu)化，預(yù)計(jì)2029年將飆升至750億元，占據(jù)全球市場(chǎng)32.7%份額，2035年有望沖破3000億元，其將在物流倉(cāng)儲(chǔ)等領(lǐng)域憑借智能路徑規(guī)劃與精準(zhǔn)抓取技術(shù)，大幅提升運(yùn)作效率。
與此同時(shí)，全球發(fā)泡材料市場(chǎng)在2023年已突破1000億美元，其中，我國(guó)作為前沿研發(fā)與應(yīng)用的主陣地，持續(xù)拓展市場(chǎng)邊界。而人形機(jī)器人在春晚舞臺(tái)上展現(xiàn)出的卓越靈活性與穩(wěn)定性，不僅彰顯該技術(shù)已然邁向新的高度，也為其與發(fā)泡材料的深度融合開(kāi)辟了新的路徑。
一、突破傳統(tǒng)：微孔發(fā)泡為T(mén)PE材料注入“彈性活力”
在材料科學(xué)的前沿探索中，創(chuàng)新始終是推動(dòng)行業(yè)進(jìn)步的核心動(dòng)力。熱塑性彈性體（TPE）材料，因其兼具橡膠彈性與塑料加工特性，已廣泛應(yīng)用于眾多工業(yè)及消費(fèi)領(lǐng)域，展現(xiàn)出卓越的適用性與發(fā)展?jié)摿ΑＥc此同時(shí)，微孔發(fā)泡技術(shù)作為材料加工領(lǐng)域的關(guān)鍵創(chuàng)新手段，正日益凸顯其對(duì)材料性能優(yōu)化的重要價(jià)值。
微孔發(fā)泡技術(shù)的原理基于精準(zhǔn)的物理化學(xué)過(guò)程調(diào)控。通過(guò)在特定溫度與壓力條件下，使超臨界流體（如二氧化碳、氮?dú)獾龋┏浞秩芙庥诰酆衔锘w（即TPE材料）中，形成均相體系。隨后，通過(guò)快速降壓或升溫等手段，打破體系平衡，促使超臨界流體迅速逸出，在TPE材料內(nèi)部均勻地形成大量尺寸在微米級(jí)別的微小氣孔。這些微孔的引入，顯著改變了材料的微觀結(jié)構(gòu)，進(jìn)而對(duì)其宏觀性能產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，如降低材料密度、提升材料的沖擊韌性與能量吸收能力、改善材料的隔音隔熱性能等，賦予TPE材料全新的性能優(yōu)勢(shì)。
當(dāng)TPE材料與微孔發(fā)泡技術(shù)深度融合，一場(chǎng)材料性能革新的變革就此開(kāi)啟。二者的協(xié)同效應(yīng)，不僅為T(mén)PE材料性能提升帶來(lái)質(zhì)的飛躍，更有望開(kāi)拓出前所未有的應(yīng)用領(lǐng)域，為材料科學(xué)的發(fā)展注入新的活力，重塑相關(guān)行業(yè)的發(fā)展版圖。
據(jù)了解，TPE發(fā)泡材料是通過(guò)添加發(fā)泡劑使TPE材料變輕，通過(guò)注塑或是擠出加工物理性發(fā)泡過(guò)程使材料本身密度變小，TPE發(fā)泡泡孔均勻細(xì)膩，且是閉孔發(fā)泡，不會(huì)破裂，可保持良好的彈性和強(qiáng)度。
值得注意的是，由于TPE的耐溫范圍為-50℃~120℃，發(fā)泡后仍能在極寒/高溫環(huán)境下保持彈性，遠(yuǎn)超普通PP、ABS材料。不僅如此，通過(guò)調(diào)整發(fā)泡率，TPE還可實(shí)現(xiàn)0A-90A的硬度跨度，且廢料100%可回收，比硅膠發(fā)泡減少60%固廢。
相較于傳統(tǒng)的化學(xué)發(fā)泡材料，微孔發(fā)泡技術(shù)不僅能通過(guò)超臨界流體（如CO?）在TPE熔體中形成直徑1-100μm的蜂窩狀微孔，密度降低20%以上，表層致密結(jié)構(gòu)則維持力學(xué)性能，還能吸收90%沖擊能量，TPE發(fā)泡材料的抗沖擊性比實(shí)心制品提升40%，適用于汽車(chē)防撞部件和醫(yī)療設(shè)備握柄。
此外，傳統(tǒng)注塑依賴(lài)高壓補(bǔ)償收縮，而微發(fā)泡通過(guò)氣泡自膨脹填充模腔，合模壓力降低80%，能耗減少25%。
二：發(fā)泡材料重塑人形機(jī)器人“骨骼與肌膚”，解鎖人形機(jī)器人靈活關(guān)節(jié)奧秘
在科技蓬勃發(fā)展的當(dāng)下，人工智能、機(jī)械工程等多學(xué)科融合的趨勢(shì)，正驅(qū)動(dòng)著人形機(jī)器人從實(shí)驗(yàn)室設(shè)想逐步走向廣泛應(yīng)用。然而，在人形機(jī)器人的發(fā)展過(guò)程中仍存在諸多阻礙。從能源供應(yīng)的局限、核心零部件的技術(shù)瓶頸到居高不下的成本，都嚴(yán)重制約著人形機(jī)器人在各領(lǐng)域的實(shí)操性應(yīng)用。在復(fù)雜多變的現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中，機(jī)器人穩(wěn)定性與安全性的問(wèn)題愈發(fā)凸顯。
對(duì)此，TPE發(fā)泡材料在人形機(jī)器人的研發(fā)進(jìn)程中嶄露頭角，成為提升其性能與功能性的關(guān)鍵材料。從觸覺(jué)感知層面來(lái)看，TPE發(fā)泡材料硬度能夠精準(zhǔn)調(diào)節(jié)至接近人體皮膚的0A級(jí)，搭配壓阻傳感技術(shù)，能讓機(jī)器人的指尖敏銳感知到細(xì)微的壓力變化，比如感知雞蛋殼的碎裂臨界點(diǎn)，為機(jī)器人執(zhí)行精細(xì)操作提供可能。例如，宇樹(shù)H1仿生手的手指內(nèi)部發(fā)泡層實(shí)現(xiàn)減震降噪，外部致密層確保抓握精度，誤差小于0.1mm。
此外，其自修復(fù)特性也不容忽視，即便在低至零下40℃的極端環(huán)境下，TPE發(fā)泡材料仍能保持彈性，一旦遭遇外力撕裂，經(jīng)過(guò)熱處理可恢復(fù)90%的性能，這對(duì)于戶(hù)外作業(yè)的人形機(jī)器人而言，極大地提升了其耐用性和可靠性。
在關(guān)節(jié)活動(dòng)方面，TPE發(fā)泡材料憑借85%的超高能量回饋率，顯著降低了膝關(guān)節(jié)等關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量損耗，相較于傳統(tǒng)金屬?gòu)椈桑芰繐p耗降低至其三分之一，續(xù)航時(shí)間可提升2.8小時(shí)，極大增強(qiáng)了機(jī)器人的持續(xù)工作能力。而且，將TPE發(fā)泡材料用于包膠齒輪，能有效將運(yùn)轉(zhuǎn)噪音控制在25分貝以下，實(shí)現(xiàn)近乎無(wú)聲的運(yùn)行，滿(mǎn)足了對(duì)噪音控制嚴(yán)苛的應(yīng)用場(chǎng)景需求。例如，特斯拉OptimusGen3的關(guān)節(jié)包膠采用TPE微發(fā)泡材料，重量減輕25%，回彈壽命達(dá)500萬(wàn)次，觸感接近人體皮膚。
從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制作成本角度出發(fā)，TPE發(fā)泡材料通過(guò)一體化注塑成型，比硅膠制作節(jié)約60%的工時(shí)，良品率更是提升至99.3%，不僅提高了生產(chǎn)效率，還降低了生產(chǎn)成本。
從實(shí)際應(yīng)用看，TPE發(fā)泡材料已在人形機(jī)器人的靈巧手及電子皮膚等柔性傳感器領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，為其靈活操作與環(huán)境感知提供支撐，是推動(dòng)人形機(jī)器人技術(shù)發(fā)展與廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵材料，隨著研究深入與技術(shù)進(jìn)步，有望在人形機(jī)器人更多關(guān)鍵部件與功能實(shí)現(xiàn)上取得新突破，進(jìn)一步拓展其應(yīng)用深度與廣度。
三：攻克TPE材料發(fā)泡難題，技術(shù)突破助力人形機(jī)器人性能提升
如今，隨著技術(shù)的飛速進(jìn)步和市場(chǎng)的逐步成熟，2025年有望成為人形機(jī)器人的量產(chǎn)元年。特斯拉計(jì)劃在這一年生產(chǎn)1萬(wàn)臺(tái)Optimus機(jī)器人，產(chǎn)能擴(kuò)展至每月1000臺(tái)，隨后產(chǎn)能還將進(jìn)一步提升。眾多企業(yè)紛紛跟進(jìn)，積極布局人形機(jī)器人領(lǐng)域，推動(dòng)其從實(shí)驗(yàn)室走向市場(chǎng)，從概念變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。
但是，人形機(jī)器人的發(fā)展離不開(kāi)材料領(lǐng)域的創(chuàng)新與支持，每一次材料技術(shù)的突破都為人形機(jī)器人的性能提升奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。從機(jī)器人的結(jié)構(gòu)部件到驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，再到感知交互部分，各類(lèi)材料各司其職，共同構(gòu)建起人形機(jī)器人的“鋼鐵之軀”，在人形機(jī)器人從概念走向現(xiàn)實(shí)的過(guò)程中，發(fā)揮著不可替代的關(guān)鍵作用。
當(dāng)前，TPE發(fā)泡材料在人形機(jī)器人中的應(yīng)用仍面臨著一些挑戰(zhàn)。如現(xiàn)有的TPE發(fā)泡材料在長(zhǎng)期摩擦下易出現(xiàn)出油、變形問(wèn)題，難以滿(mǎn)足人形機(jī)器人10年使用壽命的嚴(yán)苛要求；而如何將柔性傳感器無(wú)縫嵌入TPE基材，實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)、穩(wěn)定的傳感集成，是行業(yè)亟待攻克的重點(diǎn)難題。
未來(lái)，隨著材料科學(xué)的不斷進(jìn)步以及相關(guān)技術(shù)的持續(xù)創(chuàng)新，TPE發(fā)泡材料有望在人形機(jī)器人領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)更大的突破。通過(guò)添加碳納米管等方式開(kāi)發(fā)導(dǎo)電型TPE發(fā)泡材料，可使電阻率降至102Ω?cm，達(dá)成“皮膚即電路”的效果；植入熱致變色微膠囊的溫敏變色TPE發(fā)泡材料，則能讓機(jī)器人通過(guò)膚色變化直觀表達(dá)情緒。
可以預(yù)見(jiàn)，TPE發(fā)泡材料將深度融入人形機(jī)器人的設(shè)計(jì)與制造，從根本上提升人形機(jī)器人的性能、功能與體驗(yàn)，成為推動(dòng)人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的核心力量之一。
