机器人专题报告：新材料推动具身智能突破能力边界

镁合金与铝合金对比

• 核心差异：镁合金密度（1.7-1.8 g/cm³）比铝合金（2.6-2.8 g/cm³）轻33%，是航天/汽车减重首选。
• 性能对比：
  • 比强度：镁合金（160-240 MPa·cm³/g）比铝合金（100-150 MPa·cm³/g）高50%。
  • 减震性能：镁合金阻尼系数（0.04-0.06）比铝合金（0.01-0.02）高3-18倍。
  • 加工成本：镁合金原材料贵但压铸效率高，综合成本高20-30%。
  • 耐腐蚀性：镁合金需表面处理（如微弧氧化），铝合金环境适应性更优。
• 典型应用：镁合金用于医疗外骨骼、相机骨架、超薄电子件；铝合金用于建筑型材、散热器、船舶结构。

工程塑料性能对比

• 对比维度：PEEK、PTFE、PIPPS、PSU、PPS
• 关键数据：
  • 刚性：PEEK（4300 MPa）最高，PIPPS（2450 MPa）最低。
  • 韧性：PEEK（12.284 KJ/m²）最佳，PIPPS（3.54 KJ/m²）最低。
  • 耐热性：PEEK（250°C）最佳，PPS（180°C）最低（除PTFE外）。
  • 耐磨性：PEEK（0.5）最佳，除PTFE外表现优异。
  • 耐腐蚀性：PEEK、PTFE、PPS均表现最佳（-9.2至9.3）。
  • 电性能：PEEK（2411 KV/mm）与其他工程塑料无明显差距。
• 价格：PTFE（4.7万元/吨）最低，PEEK（33.7万元/吨）最高。

Tesla机器人技术

• 系统架构：芯片大脑决策中心（摄像头、麦克风、电机等）通过传动系统（肌腱和骨骼）连接灵巧手（触觉传感器）。
• 传感技术：电容式（灵敏度高但电路复杂）、压阻式（频率响应高但可重复性差）、压电式（灵敏度高但空间分辨率差）、光电式（成本低但结构缺乏柔性）、磁敏式（灵敏度高但设计复杂）、超声式（空间分辨率高但易受干扰）。
• 仿生机器人传动方式：
  • 腱传动：轻量化、柔顺但精度受限。
  • 连杆传动：刚度好但结构冗杂。
  • 齿轮/蜗轮蜗杆：驱动灵活但结构复杂。
  • 人工肌肉：模拟肌肉但性能尚不完善。
• UHMWPE纤维性能：比强度是钢丝绳的8倍以上，耐冲击、耐腐蚀但成本较高。

机器人材料对比

• 碳陶材料：密度1.8-2.2 g/cm³，耐温性极高，制造成本中高。
• 铝基碳化硅：密度2.7-3.0 g/cm³，耐磨性优良，成本较低。
• 传统钢材：密度7.8-8.0 g/cm³，刚度好，成本最低。
• 铝合金：密度2.7-2.9 g/cm³，加工周期最短，成本中低。

电池材料技术

• 正极材料：
  • 高镍三元：理论克容量215 mAh/g，成本较高，电压平台3.62 V。
  • 镍锰酸锂：理论克容量147 mAh/g，成本中等，电压平台4.7 V。
  • 富锂锰基：理论克容量320 mAh/g，成本较低，电压平台3.7-4.6 V。
• 负极材料：
  • 硅碳复合：克容量高、首次效率高但生产难度大。
  • 硅氧复合：可逆容量高但首次效率低、成本高。
  • 硅基金属：体积能量密度高但工艺难度大、效率低。