科幻电影中那些拥有类人形态与灵活动作的智能机器，曾是人们遥不可及的想象。如今，随着具身智能技术的迅猛发展，这一想象正逐步变为现实，而新材料正是推动其突破能力边界的关键因素。从金属合金到特种工程塑料，从高性能纤维到新型电池材料，各类材料的创新应用，正让智能设备在轻量化、灵活性、耐用性等关键性能上实现质的飞跃。
金属材料作为具身智能设备的“骨骼”，其性能直接影响设备的承载能力与运动效率。镁合金与铝合金是常用的轻量化金属，各有优势。镁合金密度仅为1.7-1.8g/cm³，比铝合金轻33%，单位重量强度却高50%，减震性能更是铝合金的3-18倍。这种“轻且强”的特性，使其成为医疗外骨骼、相机骨架、超薄电子件等尖端领域的理想选择。不过，镁合金原材料成本较高，综合成本比铝合金高20-30%，且需通过微弧氧化等表面处理提升耐腐蚀性。而铝合金凭借成熟的工艺、自然形成的氧化膜防护以及更低的成本，仍是建筑型材、散热器、船舶结构等传统工业领域的主力材料。
在需要更高柔韧性、耐热性的场景中，特种工程塑料展现出独特优势。以聚醚醚酮（PEEK）为例，其机械性能、耐热性、耐磨性表现突出。PEEK的拉伸模量达4300MPa，刚性优于多数工程塑料，同时缺口冲击强度为3.5KJ/m²，在刚性出色的情况下仍保持一定韧性，实现了“刚柔并济”。在耐热性上，PEEK长期使用温度可达250℃，除聚四氟乙烯（PTFE）外，是耐热性能最好的材料之一；耐磨性方面，其摩擦系数仅为0.4，耐化学性能评分达9.27，与PTFE、聚苯硫醚（PPS）共同成为耐腐蚀性能最优的材料。然而，高性能也意味着高成本，2022年国内市场上PEEK价格高达33.7万元/吨，远高于普通工程塑料，这也限制了其在部分低成本场景的应用。
传动系统是具身智能设备实现灵活动作的关键，高性能纤维材料在此领域发挥着重要作用。超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纤维是其中的佼佼者，其粗细仅为头发丝的五分之一，比强度却达到钢丝绳的8倍以上，密度仅0.97g/cm³，轻量化优势显著。同时，它还具备出色的耐冲击性，已被应用于防弹衣领域，耐腐蚀性和柔韧性也远超传统钢丝绳，可反复折叠且不易产生金属疲劳，绝缘性能更是钢丝绳无法比拟的。在灵巧手传动材料的发展历程中，材料的升级趋势十分明显：从1974年Okada Hand使用的软管，到1983年SALISBURY Hand采用的钢丝+特氟龙涂层，再到后来合成纤维、聚酯纤维的应用，如今Dyneema PE（一种高性能聚乙烯纤维）已成为主流选择，正是这种材料升级，让灵巧手的动作精度和灵活性不断提升。
电池技术是制约具身智能设备续航与性能的重要因素，新型电池材料的研发正推动电池性能不断突破。固态电池作为下一代电池技术的重要方向，根据液体含量不同可分为液态、凝胶、半固态、准固态、全固态等类型，其中业内首个准900V超快充固态电池已问世，第一代光年固态电池也在研发推进中。在电极材料方面，正极材料呈现多元化发展，富锂锰基正极理论克容量达320mAh/g，远高于高镍三元的215mAh/g和镍锰酸锂的147mAh/g，且成本更低，电压平台覆盖3.7-4.6V，应用潜力巨大；负极材料中，硅基负极成为研究热点，硅氧复合负极可逆容量达1700-1800mAh/g，接近理论容量，循环性能和倍率性能也优于其他硅基材料，不过其首次效率较低，需进一步优化工艺以降低成本。
在具身智能设备的整体设计中，不同材料的协同应用也十分关键。以特斯拉Optimus机器人为例，其身体执行器采用高性能金属材料保证结构强度，手部11个自由度的实现依赖于特种工程塑料与高性能纤维的配合，2.3kWh的电池组则运用了新型电池材料提升续航，同时搭载完全自动驾驶（FSD）电脑与Autopilot神经网络技术，形成了“材料+技术”的一体化解决方案。传感技术与传动方式的创新也与材料发展相辅相成，电容式、压阻式、压电式等不同传感技术各有优劣，腱传动、连杆传动、齿轮传动等传动方式需搭配相应材料才能发挥最佳性能，例如腱传动采用UHMWPE纤维可提升传动效率与灵活性，连杆传动则需依赖刚性较好的金属材料保证精度。
从材料发展趋势来看，未来具身智能领域的材料创新将更加注重“高性能”与“低成本”的平衡，同时朝着多功能化、一体化方向发展。例如，通过材料改性技术提升镁合金的耐腐蚀性，降低生产成本；优化特种工程塑料的合成工艺，扩大其应用范围；进一步提升固态电池的能量密度与充放电效率，推动其商业化落地。随着材料技术的持续突破，具身智能设备将在工业制造、医疗健康、家庭服务等更多领域发挥重要作用，真正实现从“机器”到“智能伙伴”的转变，为人类生活带来更多便利与可能。
