国海证券2024年12月新材料报告指出，机器人本体轻量化是未来的发展方向，在保证功能先进性、稳定可靠性前提下，通过结构优化设计、轻量化材料选择、先进制造工艺实现构件轻量化。Optimus Gen2较一代减重10kg，步行速度加快30%，轻量化效果显著。经测算，单台人形机器人中PEEK用量12.18kg、铝合金10.5kg、特钢约14kg。在远期1000万台销量下，轻量化材料市场空间合计超500亿元。本文基于报告数据，分析机器人轻量化材料的应用与市场空间。
轻量化是人形机器人量产的关键路径
机器人轻量化能解决在紧密空间内人机协作的安全性问题，提高机器人的机动灵活性。据财学堂，通过对人形机器人肢体骨骼、轴承、齿轮等部位使用轻量化材料，能够有效达成人形机器人的灵活和减重效果。
Optimus Gen2在AI大模型加持下，体重比一代减少10kg，步行速度加快30%，身体控制能力增强。轻量化的实现一方面来自结构优化设计，另一方面来自材料升级——从铝合金向更高比强度的PEEK等材料切换是重要方向。轻量化材料需满足高强度、较大弹性模量和弹性极限、质量轻、较大震动阻尼等要求。
PEEK——肢体骨骼与结构件的轻量化优选
PEEK密度仅1.29g/cm³，比强度是钢的21倍、铝合金的8倍。Optimus结构件约31.5kg，若2/3由PEEK替代，单台用量约12.18kg。PEEK可通过与碳纤维复合进一步提升韧性和抗冲击性，扩展在机器人结构件中的应用场景。
PEEK市场进入壁垒较高，主要体现在研发和技术壁垒、规模化生产壁垒、下游市场接受壁垒。但国产PEEK已逐渐得到认可，中研股份PEEK销量已超越英国威格斯成为中国市场第一。
铝合金与特种钢材——各有不可替代的应用场景
铝合金密度2.7g/cm³，是人形机器人肢体骨骼的基础材料。单台Optimus肢体骨骼中铝合金用量约10.5kg。铝合金加工工艺成熟、成本适中，在非承力或轻载结构件中仍有广泛应用。
特种钢材（50CrMo4合金钢、40Cr合金钢、GCr15轴承钢）主要用于高强度承力部件。50CrMo4用于行星滚柱丝杠主丝杠和谐波减速器刚轮（单台7.7kg），GCr15轴承钢用于谐波减速器波发生器及行星滚柱丝杠螺母/滚柱（4.9kg），40Cr合金钢用于谐波减速器柔轮（1.4kg）。特钢在谐波减速器、行星滚柱丝杠等核心传动部件中不可替代。
材料市场空间汇总——远期超500亿蓝海
经测算，单台人形机器人中PEEK用量12.18kg、铝合金10.5kg、50CrMo4合金钢7.7kg、GCr15轴承钢4.9kg、40Cr合金钢1.4kg。在1000万台远期销量下，PEEK市场空间401.94亿元、铝合金21.93亿元、50CrMo4合金钢11.94亿元、GCr15轴承钢2.21亿元、40Cr合金钢0.78亿元，合计超438亿元（不含钕铁硼183亿元）。
风险提示：人形机器人产量和需求增长不及预期、新材料技术开发不及预期、原材料价格大幅波动。
