3D打印人形機(jī)器人解決方案來了，博理科技推動(dòng)“進(jìn)化”

南極熊導(dǎo)讀：3D打印+人形機(jī)器人，兩大新興熱點(diǎn)技術(shù)碰撞會(huì)產(chǎn)生什么火花呢？

前言：當(dāng)前，人形機(jī)器人正逐漸從概念走向現(xiàn)實(shí)，展現(xiàn)出廣闊的市場前景廣闊，預(yù)計(jì)到2030年全球銷量將超過100萬臺(tái)，十年內(nèi)產(chǎn)值有望達(dá)到千億人民幣。隨著全球數(shù)字化進(jìn)程的推進(jìn)，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)正迎來關(guān)鍵的發(fā)展機(jī)遇。馬斯克近日宣布Optimus將在年底前具備執(zhí)行工廠任務(wù)的能力，并計(jì)劃在2025年底前對(duì)外銷售，這預(yù)示著人形機(jī)器人技術(shù)的成熟和產(chǎn)業(yè)化的臨近。人形機(jī)器人對(duì)性能提升提出了更高的要求，尤其是輕量化、高強(qiáng)度、靈活性等方面，而新材料技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展，為人形機(jī)器人的未來發(fā)展注入了新的活力。作為一種革命性的增材制造技術(shù)，3D打印技術(shù)與高性能材料的結(jié)合，無疑將給人形機(jī)器人帶入到一個(gè)革命性的新時(shí)代。

人形機(jī)器人，又稱“仿生人”，是一種模仿人類外觀和行為的仿生通用機(jī)器人，具有擅長處理復(fù)雜多樣任務(wù)、易于融入人類日�；顒�(dòng)等特點(diǎn)，其設(shè)計(jì)功能目標(biāo)是在工廠和商業(yè)活動(dòng)中替代人進(jìn)行工作，或在日常生活中幫助和服務(wù)人類。

人形機(jī)器人集成人工智能、高端制造、新材料等先進(jìn)技術(shù)，有望成為繼計(jì)算機(jī)、智能手機(jī)、新能源汽車后的顛覆性產(chǎn)品，深刻變革人類生產(chǎn)生活方式，重塑全球產(chǎn)業(yè)發(fā)展格局，是一個(gè)國家高科技實(shí)力和發(fā)展水平的重要標(biāo)志。相比其他機(jī)器人，人形機(jī)器人對(duì)智能感知、運(yùn)動(dòng)控制、智能決策、人機(jī)交互的綜合能力要求更高。

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人形機(jī)器人，未來產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的標(biāo)志性產(chǎn)品

在《列子·湯問》中，“偃師造人”的故事描繪了一位技藝超群的工匠，創(chuàng)造出一個(gè)行走自如、以假亂真的人偶。這個(gè)古人制造的“機(jī)器人”，是我們對(duì)機(jī)械和人如何實(shí)現(xiàn)交融的浪漫想象與大膽嘗試。

當(dāng)前，機(jī)器人技術(shù)日新月異，從簡單的重復(fù)勞動(dòng)到復(fù)雜的精密操作，從單一功能到多任務(wù)集成，不斷朝著更加智能化、自主化、個(gè)性化的方向發(fā)展。作為AI 的終極應(yīng)用，人形機(jī)器人被認(rèn)為是下一個(gè)顛覆性變革力量。特斯拉是“具身智能”浪潮的先行者，特斯拉公司CEO埃隆·馬斯克認(rèn)為，未來地球上的機(jī)器人數(shù)量終會(huì)超過人類。

數(shù)據(jù)顯示，中國已經(jīng)成為全球機(jī)器人第一大消費(fèi)市場和生產(chǎn)大國。報(bào)告顯示，預(yù)計(jì)到2029年，人形機(jī)器人市場規(guī)模將達(dá)750億元，2035年人形機(jī)器人市場規(guī)模將達(dá)3000億元，成為引領(lǐng)新一輪科技革命和未來產(chǎn)業(yè)變革的重要引擎。

政策方面，自2016年起國家政策助力人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展。2023年11月，工信部發(fā)布《人形機(jī)器人創(chuàng)新發(fā)展指導(dǎo)意見》，規(guī)劃至2025年關(guān)鍵技術(shù)突破和產(chǎn)業(yè)鏈建立，到2027年提升至國際先進(jìn)水平。2024年1月，工信部等部門提出加快人形機(jī)器人等高端裝備產(chǎn)品技術(shù)攻關(guān)，預(yù)示著產(chǎn)業(yè)鏈商業(yè)化進(jìn)程的加速。工信部制定目標(biāo)，旨在2025年構(gòu)建人形機(jī)器人創(chuàng)新體系，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品國際先進(jìn)水平和規(guī)�；�生產(chǎn)。

應(yīng)用層面：（1）相較于傳統(tǒng)工業(yè)和服務(wù)機(jī)器人，人形機(jī)器人在執(zhí)行復(fù)雜任務(wù)方面具有明顯優(yōu)勢，尤其在ToB制造業(yè)中的應(yīng)用仍有空間。例如汽車制造業(yè)，人形機(jī)器人已經(jīng)開始替代工業(yè)機(jī)械臂，執(zhí)行總裝車間和其他精細(xì)化操作；全球汽車企業(yè)，包括特斯拉、小鵬、寶馬、本田、豐田和比亞迪，都在積極推進(jìn)人形機(jī)器人在汽車制造中的應(yīng)用。其中優(yōu)必選的Walker S人形機(jī)器人在新能源車廠的實(shí)訓(xùn)，以及特斯拉Optimus在電池包組裝訓(xùn)練中的應(yīng)用，標(biāo)志著人形機(jī)器人在汽車制造領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程正在加速。（2）人形機(jī)器人具備高級(jí)感知系統(tǒng)，自主決策能力&交互能力增強(qiáng)，在ToC端的應(yīng)用潛力更大。隨著AI技術(shù)的進(jìn)步，人形機(jī)器人的泛化能力不斷增強(qiáng)，尤其在家庭護(hù)理和民生服務(wù)等消費(fèi)端領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。

近年來人形機(jī)器人有多火？在低迷的一級(jí)市場，人形機(jī)器人無疑是最熱門的賽道，各路資本正以驚人的速度向AI領(lǐng)域投入資金。Crunchbase數(shù)據(jù)顯示，僅2024年上半年，全球就有超過355億美元流向人形機(jī)器人領(lǐng)域。

初創(chuàng)公司Figure AI，短短兩年就獲得7.5億美金的融資，最新一輪融資發(fā)生在今年2月，B輪融資，金額高達(dá)約6.75億美元（近50億元），背后投資人包括亞馬遜、微軟、英偉達(dá)、英特爾、OpenAI等，基本硅谷半壁江山都競相跟投了，足以可見Figure AI有多火，被寄予多少期望。

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“地表最強(qiáng)”人形機(jī)器人Figure02來了！

靈活的手指、翻轉(zhuǎn)手腕抓取物體、進(jìn)廠打工……舉手投足間，機(jī)器人又離人類近了一步。這是今年最火機(jī)器人廠商Figure AI發(fā)布的最新機(jī)器人叫“Figure 02”，被稱為“地表最強(qiáng)機(jī)器人”。

新款 Figure-02 進(jìn)行了“徹底的硬件和軟件重新設(shè)計(jì)”，包括對(duì)人工智能系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)視覺、電池組、電子設(shè)備、傳感器和執(zhí)行器的升級(jí)，采用了總共數(shù)千個(gè)部件，數(shù)百個(gè)獨(dú)特部件，在外觀、一體化關(guān)節(jié)、執(zhí)行器、仿生足部、靈巧手、頭部及全身活動(dòng)范圍等方面均有顯著提升。外形上，F(xiàn)igure 02身高和成年男性差不多，高約170cm，重70公斤，專為在人類環(huán)境中工作而設(shè)計(jì)。

南極熊發(fā)現(xiàn)，一個(gè)重要且新穎的設(shè)計(jì)在于，F(xiàn)igure 02使用了3D打印出來的新型復(fù)合材料。其膝蓋或手臂肘關(guān)節(jié)附近新增蜂窩狀可壓縮組織，這種軟停止裝置主要是為了提供運(yùn)動(dòng)緩沖，同時(shí)實(shí)現(xiàn)輕量化和強(qiáng)化散熱性能，這給了人形機(jī)器人更高的靈活度、大幅延長其使用壽命。

李教授是蘇州大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院教授和機(jī)器人評(píng)審專家。他認(rèn)為，高性能材料對(duì)整個(gè)人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展意義重大。Figure AI公司在其最新的Figure 02人形機(jī)器人上采用的3D打印新型蜂窩狀復(fù)合材料對(duì)于提升機(jī)器人性能至關(guān)重要，可以說正是有了這款材料，才讓人形機(jī)器人真正“動(dòng)起來”。

1、緩震系統(tǒng)：該新型復(fù)合材料被裝配在Figure 02的肘關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)處，提供了必要的運(yùn)動(dòng)緩沖，避免小臂和大臂、小腿和大腿金屬件相碰撞。在沒有應(yīng)用這種材料之前，人形機(jī)器人的關(guān)節(jié)部位往往采用傳統(tǒng)金屬材質(zhì)，為避免相互碰撞，只能添加限位器對(duì)其加以限制，這極大地限制了機(jī)器人的靈活性和使用場景。這種蜂窩狀結(jié)構(gòu)在一定程度上讓機(jī)器人擺脫限位器的限制，因?yàn)樗�能夠在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過程中吸收沖擊，減少對(duì)機(jī)器人自身的損害，同時(shí)保護(hù)機(jī)器人內(nèi)部的精密部件免受震動(dòng)影響。

2、輕量化：人形機(jī)器人的體重需要嚴(yán)格把控，若體重過重，則會(huì)加重伺服電機(jī)的扭矩負(fù)擔(dān)，難以滿足驅(qū)動(dòng)機(jī)器人行動(dòng)的要求。通過3D打印技術(shù)制造的蜂窩狀結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了材料的輕量化。這種結(jié)構(gòu)在保持強(qiáng)度和剛度的同時(shí)，大幅減輕了機(jī)器人的重量，這對(duì)于提高機(jī)器人的能效比和運(yùn)動(dòng)性能至關(guān)重要。3D打印技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)一體化和蜂窩狀結(jié)構(gòu)，方便在徑向上和在軸向上改變蜂窩結(jié)構(gòu)的紋理和孔隙率，實(shí)現(xiàn)輕量化設(shè)計(jì)。

3、散熱系統(tǒng)：新型復(fù)合材料可以起到強(qiáng)化散熱的效果。在機(jī)器人的關(guān)節(jié)等關(guān)鍵部位，由于運(yùn)動(dòng)和電子元件的發(fā)熱，有效的散熱變得尤為重要。蜂窩狀結(jié)構(gòu)增加了表面積，有助于熱量的分散和傳導(dǎo)，從而提高機(jī)器人的穩(wěn)定性和耐久性。

Figure 02人形機(jī)器人上使用的3D打印蜂窩狀新型復(fù)合材料，在提升運(yùn)動(dòng)性能、減輕重量、增強(qiáng)散熱和提高耐用性等方面發(fā)揮了重要作用。Figure 02的這一創(chuàng)新應(yīng)用，不僅提升了機(jī)器人的性能，也代表了3D打印技術(shù)在復(fù)雜結(jié)構(gòu)制造上的巨大潛力。這種新材料的應(yīng)用，推動(dòng)了人形機(jī)器人材料科學(xué)的發(fā)展，并有望引領(lǐng)未來機(jī)器人設(shè)計(jì)的新風(fēng)潮。

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博理科技推出3D打印多層建構(gòu)化蜂窩復(fù)合材料

說起高性能緩震和輕量化材料，筆者最先想到的就是3D打印在鞋子上的應(yīng)用。南極熊此前就報(bào)道過因“真正的踩屎感”火爆全網(wǎng)的3D打印拖鞋，憑借其透氣、緩震、舒適性受到消費(fèi)者喜愛，短短一個(gè)夏天在抖音爆賣數(shù)萬雙�！�— 也就是說，這種3D打印晶格化彈性材料早已實(shí)現(xiàn)了批量化生產(chǎn)。

彈性體材料是3D打印材料中一個(gè)特別的分類，進(jìn)入的廠商并不多見，但博理科技在這個(gè)領(lǐng)域已經(jīng)耕耘了七年。跟傳統(tǒng)3D打印公司相比，博理所采取的技術(shù)路線是從最核心的材料端入手，基于材料的特性研發(fā)適配的設(shè)備，并研發(fā)了的HALS超高速3D打印技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高性能高分子材料的3D打印。目前，博理已經(jīng)在鞋子、自行車坐墊、頭盔、腰靠、枕頭等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)規(guī)�；�批量生產(chǎn)。

博理在高分子材料領(lǐng)域具有強(qiáng)大的研發(fā)能力。早在2023年，博理就已經(jīng)開發(fā)出超過5000組的3D打印高分子材料配方。此后，博理每年都會(huì)推出新型材料（如齒科材料、工程材料、防靜電材料）來開發(fā)出多行業(yè)3D打印解決方案。

南極熊獲悉，博理科技這次推出了可用于人形機(jī)器人的3D打印多層建構(gòu)化蜂窩復(fù)合材料。這款復(fù)合材料以高彈性、抗撕裂性和極強(qiáng)的疲勞性能為主要特征，具有較大的彈性模量和彈性極限，可實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度可調(diào)、硬度可調(diào)、顏色可調(diào)、韌性可調(diào)等主要技術(shù)指標(biāo)，耐彎折≥100萬次。

△材料測試視頻

在減震方面，它能夠有效吸收和分散沖擊力。這種材料被集成到人形機(jī)器人的關(guān)鍵運(yùn)動(dòng)節(jié)點(diǎn)，減少了金屬部件間的直接接觸，從而降低了磨損和潛在的損害風(fēng)險(xiǎn)；在輕量化方面，博理科技的材料同樣表現(xiàn)卓越。通過精確的3D打印工藝，不僅提升了機(jī)器人的能效，還增強(qiáng)了其動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力，使得機(jī)器人在執(zhí)行任務(wù)時(shí)更加敏捷和高效；在散熱性方面，多層建構(gòu)化蜂窩狀結(jié)構(gòu)通過增加熱交換面積，優(yōu)化熱量的傳導(dǎo)和散發(fā)。

數(shù)據(jù)表明，這一復(fù)合材料可以有效的提高能量吸收率，并且可以避免結(jié)構(gòu)在受力中發(fā)生的應(yīng)變集中問題。3D打印多層建構(gòu)化蜂窩復(fù)合材料吸收的能量可高于傳統(tǒng)蜂窩結(jié)構(gòu)四倍，同時(shí)具有很強(qiáng)的變形可恢復(fù)能力。這種較強(qiáng)的變形可恢復(fù)能力使其在循環(huán)荷載條件下具有非常好的吸能表現(xiàn)。

李教授認(rèn)為，3D打印多層建構(gòu)化蜂窩結(jié)構(gòu)運(yùn)用在人形機(jī)器人部件上具有明顯的優(yōu)越性：從材料角度來說，其內(nèi)部的超彈體能夠儲(chǔ)存能量，減少結(jié)構(gòu)受到的損傷。從結(jié)構(gòu)角度來講，內(nèi)部的柔性層提供了約束，提供了側(cè)向的約束力，進(jìn)而減少了結(jié)構(gòu)的破壞。無疑使得整個(gè)部件更加輕盈，同時(shí)保持緩震和靈活性。

博理科技的這一創(chuàng)新材料，不僅在人形機(jī)器人的性能提升上發(fā)揮了關(guān)鍵作用，也展現(xiàn)了3D打印技術(shù)在制造復(fù)雜結(jié)構(gòu)方面的巨大潛力。隨著博理科技材料的廣泛應(yīng)用，人形機(jī)器人的設(shè)計(jì)和制造正邁向一個(gè)更加高效、安全和耐用的新時(shí)代。

04
展望未來

從人體肌肉到智能傳感器，再到輕量化緩沖、減震和結(jié)構(gòu)部件.......，博理科技的3D打印多層建構(gòu)化蜂窩復(fù)合材料以其獨(dú)特的性能為人形機(jī)器人的發(fā)展提供了新的可能性。隨著材料科學(xué)和機(jī)器人技術(shù)的不斷進(jìn)步，我們相信，高性能復(fù)合彈性體材料在人形機(jī)器人中的應(yīng)用將更加多樣化和深入。

展望未來，人形機(jī)器人技術(shù)的不斷進(jìn)步將為新材料市場帶來前所未有的機(jī)遇，同時(shí)也提出了新的挑戰(zhàn)，例如，如何進(jìn)一步提升材料性能、降低生產(chǎn)成本、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)生產(chǎn)等。隨著未來人形機(jī)器人需求量的快速增加，人形機(jī)器人與3D打印產(chǎn)業(yè)的協(xié)同發(fā)展，將推動(dòng)人形機(jī)器人進(jìn)入下一個(gè)新時(shí)代，開啟一個(gè)充滿創(chuàng)新與變革的新時(shí)刻！