近期埃隆·马斯克在X平台上确认，下一步的重要工作是打造特斯拉的人形机器人Optimus。而xAI先进的Grok模型最终将成为Optimus的声音和大脑，特斯拉正在思考并可能打算使用 Grok 来理解擎天柱周围的环境，而 FSD 将负责处理机器人的动作。

随着人形机器人Optimus回到特斯拉的主线，有传闻称特斯拉人形tier 1已经收到身体执行器定稿图纸，近期特斯拉将开展审厂沟通流程，并向相关合作方提出硬件改善方案，以最终进入图纸定型阶段。除了该消息外。相关人士透露，特斯拉新一代人形机器人整体将继续带来轻量化改进。

在人形机器人向商业化迈进的关键阶段，轻量化已成为行业必须攻克的“进修课”。当前，人形机器人普遍面临续航短、散热难、零部件性能不达标、灵活度不足等痛点，而轻量化正是破解这些难题的核心钥匙。

特斯拉、优必选、宇树科技等主流主机厂已纷纷发力，通过技术迭代推动产品重量持续下降。此前特斯拉Optimus从2022年第一代的73kg已经降至2023年第二代的63kg，行走速度就提升30%；宇树科技H1体重仅47kg，入门版G1更轻至35kg。这些突破不仅彰显了轻量化的可行性，更预示着其将成为决定人形机器人商业化进程的关键变量。

▍轻量化为何成核心路径

人形机器人的轻量化并非简单的“减重”，而是通过系统性优化实现性能全面跃升。

从实际应用来看，轻量化至少能在四个维度解决人形机器人行业核心痛点：其一，显著提升续航能力。通过减少重力势能消耗和转动惯性，机器人静态与动态功耗均可降低，特斯拉Optimus第二代续航从2-4小时延长至8小时，轻量化是重要推手。其二，缓解散热压力。重量降低意味着电机、减速器等核心部件的负载减少，运行过程中的发热量随之下降，无需过度依赖复杂的散热系统。其三，降低对零部件性能的依赖。减重后，轴承、连接件的承重与摩擦需求降低，电机功率要求也相应下调，有助于降低供应链压力。其四，提升灵活度与实用性。当前人形机器人多需两位成年男性搬运，轻量化后可实现单人操作，更利于在家庭、工厂等场景推广，而灵活度的提升也能拓展其在精密作业中的应用。

从行业趋势来看，轻量化已成为人形主机厂的核心研发方向。除特斯拉外，优必选Walker系列从2019年第一代的77kg降至2021年Walker X的63kg，再到2025年52kg的天工行者，产品一步步更轻便，天工Ultra、松延动力N2、行者二号等产品也通过轻量化设计，在半程马拉松等场景中展现出更稳定的续航与运动能力。这些案例印证了轻量化对于提升产品竞争力的关键作用，也推动全行业加速探索技术路径。

目前，人形机器人轻量化的实现路径主要分为两类：结构轻量化与材料轻量化。结构轻量化通过参数优化、拓扑优化、形态优化及集成化设计，追求“零成本”减重，例如调整零部件尺寸、布局或厚度，减少“冗余”结构；或通过拓扑优化重新分布材料，在保证强度的前提下减少用量。根据《短时高承载反向式行星滚柱丝杠副关键技术研究》研究显示，航天伺服反向式行星滚柱丝杠经拓扑优化后，中径减少25%，体积缩小约44%，却能保持甚至提升传动效率。集成化则参考新能源车经验，将伺服驱动器、电机、减速器等集成于关节模组，或通过一体化压铸减少零件数量，实现小型化与减重。

然而，结构轻量化当前进展相对缓慢。一方面，人形机器人整机及零部件方案尚未定型，技术路径仍在快速迭代，厂商难以投入大量精力聚焦结构优化；另一方面，结构轻量化是系统性工程，需从整机设计出发，融合零部件性能与材料特性，而当前本体厂商多为初创企业，人才与资源投入有限，零部件企业对整机设计涉足较少，跨界联合研发能力不足。因此，材料轻量化成为当前行业的主流选择，通过采用镁合金、工程塑料等低密度材料，在保证性能的前提下实现减重。

▍材料轻量化：从金属到工程塑料的创新突围

材料轻量化的核心逻辑是“以轻代重”，即通过低密度、高性能材料替代传统金属，在满足机械强度、耐热性、耐腐蚀性等要求的同时降低重量。

目前，镁合金、PEEK（聚醚醚酮）、尼龙等材料凭借各自优势，成为人形机器人轻量化的核心选择，在不同部件中承担着关键角色。

（1）镁合金：成熟可靠的轻量化金属之选

镁合金作为轻质合金的代表，凭借低密度、高比强度、优异的散热性与抗电磁干扰能力，成为当前人形机器人结构件与壳体的优选材料。其密度仅为1.7-1.8g/cm³，远低于铝合金（2.7-2.8g/cm³）和钢（7.8-7.9g/cm³），比强度甚至高于部分铝合金，同时具备良好的减振性，其受到冲击时吸收的能量比铝高50%，这对于减少机器人运动中的振动、提升稳定性至关重要。

在应用成熟度上，镁合金已在汽车领域得到验证。例如奥迪A8的全铝车身框架中融入镁合金部件，减振器支座横撑采用镁制材料，既减轻重量又提升了结构稳定性。这一成熟经验正快速向机器人领域迁移：宝武镁业与埃斯顿联合推出的“ER4-550-MI”镁合金工业机器人，相较于铝合金版本实现减重和节拍速度提升，同时在减震、电磁屏蔽和散热方面表现更优。

镁合金的经济性进一步加速其渗透。根据星源卓镁招股说明书，当镁铝价格比为1.29时，两者生产相同产品的成本基本一致；而当比值处于1.2-1.3时，镁合金性价比更高。截至2025年5月，镁铝价格比仅为0.87，远低于临界点，这意味着使用镁合金不仅能减重，还能降低成本。这一价格优势在大规模量产中尤为关键，为人形机器人降本提供了新路径。

当然，镁合金也存在短板：抗腐蚀性较低，易在潮湿环境中氧化；且易燃易爆，加工过程需特殊防护。但行业已形成成熟解决方案：通过表面钝化、电镀、烤漆等工艺提升抗腐蚀性；加入SF6保护气体形成保护膜，或采用半固态注射成型技术，既能增强安全性，又能减少表面缺陷、提升产品质量。这些技术突破为镁合金在人形机器人骨骼、外壳等部件的应用扫清了障碍。

（2）PEEK：工程塑料金字塔顶端的“轻量化明星”

在工程塑料领域，PEEK被誉为“金字塔顶端”的材料，其性能全面性在热塑性材料中首屈一指，市场热度一度非常高。而PEEK具有优异的机械特性，刚性优于绝大多数特种工程塑料，同时兼具韧性；耐热等级高达250℃，可在高温环境中长期稳定工作；耐腐蚀性突出，能抵御酸、碱等多种化学物质侵蚀；且加工性能优异，可通过注塑、挤出、切削等方式成型，适用于复杂结构部件。

这些特性使PEEK成为“以塑代钢”的理想材料。与金属相比，PEEK比强度更高，绝缘性优异，耐化学性突出，尤其适合替代机器人核心部件中的金属材料。例如，在谐波减速器中，PEEK可替代钢制刚轮，减重幅度超过70%，同时凭借自润滑性降低摩擦系数，减少温升与噪音；在滚柱丝杠中，经碳纤或玻纤改性的PEEK能满足强度与刚性要求，且自润滑性可减少磨损，延长使用寿命。

但PEEK的应用受限于其高昂的成本与生产壁垒。2024年，PEEK纯树脂价格约30万元/吨，是普通金属的5倍以上，核心原因在于原材料与工艺的高壁垒。PEEK的主要原材料为氟酮（二氟二苯甲酮），成本占比达50%，2024年价格约12万元/吨。氟酮生产工艺复杂，合成过程需在高温、高压或强酸性条件下进行，中间产物不稳定，且会产生大量废水废气，安全管控难度大；而PEEK生产中，熔指、黏度、结晶性等核心指标的平衡需要长期技术积累，变量多且难以控制，例如熔指与黏度成反向关系，需精准调控以兼顾材料性能与加工性。

产能方面，PEEK行业长期由海外巨头主导。2021年，英国威格斯、比利时索尔维、德国赢创三大巨头全球市占率合计达86%，国内企业中仅中研股份具备千吨级产能，且能生产5000L反应釜（大容量反应釜有助于提升批次稳定性）。不过，国内企业正加速追赶，2024年中国PEEK市场空间达19亿元，预计2027年将增至28亿元，年复合增长率13%，增速高于全球市场。

在人形机器人领域，PEEK的应用已进入实质推进阶段。头部减速器厂商如哈默纳科、绿的谐波已有相关专利布局，科达利于2025年4月发布多款PEEK材料谐波减速器，刚轮和外壳采用PEEK注塑成型，计划应用于人形机器人上半身关节。尽管PEEK存在长期高负载下可能蠕变、加工难度大等问题，但随着技术成熟与产能扩张，其在核心传动部件中的应用有望快速放量。

（3）尼龙：柔韧性与刚性兼具的轻量化备选

尼龙（PA）作为成熟的工程塑料，凭借优异的柔韧性与刚性平衡，在人形机器人轻量化中占据一席之地。其中，PA6具有良好的抗冲击性和柔韧性，加工性能优越，适用于需一定弹性的部件；PA66熔点更高，耐热性更优，刚性与强度突出，适合结构性组件。通过玻璃纤维或碳纤维改性后，尼龙的强度可进一步提升，例如碳纤维增强PA12（PA12-CF30）摩擦系数低，已应用于协作机器人谐波减速器刚轮；玻璃纤维增强PA66（PA66-GF50）在减重60%的同时，可保持0.5μm/300mm的运动精度，适用于工业机器人第七轴驱动系统。

尼龙的市场格局呈现分化特征。PA6行业较为分散，2022年产能CR4不足25%；PA66则集中度较高，神马股份、英威达、华峰集团CR3达75%。近年来，随着己二腈国产化突破，PA66价格下行，应用范围持续扩大，在汽车发动机、燃油系统、电气系统等领域已实现大规模应用，为其向机器人领域延伸奠定了基础。

在人形机器人中，尼龙的应用聚焦于壳体及结构件。有研究表示，1X Technologies的Neo Gamma外壳采用编织尼龙，不仅减重明显，还能降低与人接触时的伤害风险，适合2C场景推广。长期来看，尼龙凭借高强度、柔韧性、耐腐蚀性等特性，在人形机器人打开消费级市场后有望快速放量。

▍关键部件轻量化：从核心传动到结构保护的全面突破

人形机器人的重量分布呈现明显的结构性特征：关节模组占比约40%，结构件约30%，外壳约10%，其他部件（如电池、传感器等）约20%。因此，轻量化需聚焦核心部件，通过材料创新实现精准减重。

（1）关节模组：传动部件的轻量化革命

关节模组是减重的核心突破口，其中谐波减速器、滚柱丝杠、无框电机的轻量化尤为关键。谐波减速器中，刚轮占总重量的50%左右，采用PEEK替代钢材可减重70%以上，同时降低摩擦与温升，但需通过碳纤维增强弥补刚性不足。科达利等企业推出的PEEK谐波减速器已验证了这一路径的可行性，尽管其成本是金属版本的5倍以上，但在续航敏感的人形机器人中，重量降低带来的收益足以覆盖成本。

滚柱丝杠作为线性关节的核心部件，重量占比高，采用PEEK材料减重效果显著。改性PEEK可满足强度与刚性要求，自润滑性还能减少磨损，但加工难度极大，因为注塑时需精准控制高温，切削时因导热率低易导致材料软化粘连，需使用金刚石刀具配合高压冷却，精度控制难度大。目前，PEEK丝杠仍处于技术验证阶段，但长期来看，其在人形机器人线性关节中的应用潜力巨大。

无框电机的轻量化则聚焦于磁材选择与磁路设计。定子绕线基座等非核心结构可采用PPS等工程塑料减重，但核心在于如钕铁硼等高性能永磁材料的应用与磁路优化。通过分布式分数槽设计、碳纤维绑扎技术等创新，可在保证输出力矩的同时减少材料用量，例如雷赛智能通过有限元分析优化磁路布局，有效降低了电机尺寸与重量。

（2）壳体及结构件：平衡性能与成本的轻量化选择

壳体及结构件对性能的要求相对较低，更注重刚性与韧性的平衡，以及成本控制。镁合金凭借成熟的工艺与突出的性价比，成为短期推广的优选。其密度仅为铝合金的2/3，比强度更高，且电磁屏蔽性与散热性优异，宝武镁业与埃斯顿合作的工业机器人通过镁合金壳体减重11%，能耗降低10%，验证了其可行性。在人形机器人中，镁合金可广泛应用于骨骼、外壳等部件，尤其适合对成本敏感的场景。

尼龙则是长期2C端的潜力材料。编织尼龙等形式不仅减重明显，还能提升人机交互的安全性，1X Technologies的案例已展现出这一优势。随着人形机器人向家庭等消费场景渗透，尼龙在外壳、装饰件等领域的应用将快速增长。

▍轻量化赛道的机遇与挑战

轻量化作为人形机器人商业化的关键环节，已吸引产业链上下游加速布局，相关企业迎来发展机遇。科达利在PEEK谐波减速器领域率先推出产品，有望抢占先发优势；旭升集团凭借铝镁合金加工经验，在机器人结构件领域快速拓展；中研股份作为国内PEEK龙头，产能与技术持续突破，将受益于材料国产化替代；宝武镁业则通过与埃斯顿的合作，夯实了在机器人镁合金部件中的领先地位。

然而，行业发展仍面临多重风险。人形机器人销量若不及预期，将直接影响轻量化材料的需求放量；随着新玩家入局，市场竞争可能加剧，导致产品价格下降与利润率压缩；技术路径的不确定性也可能使部分材料或工艺被替代，例如结构轻量化若取得突破，可能分流材料轻量化的市场空间。

但从市场空间来看，人形机器人轻量化将为相关材料带来广阔增量。经东吴证券测算，若全球人形机器人产量达百万台级，旋转与线性关节所需的轻量化材料中，改性PEEK市场空间约20亿元，镁合金约3亿元，改性尼龙约3亿元，PPS约1亿元。其中，PEEK因应用于高价值核心部件，市场空间最大，增速也最为可观。

竞争格局方面，PEEK行业仍由海外巨头主导，但国内企业如中研股份、新瀚新材正加速追赶，技术差距逐步缩小；镁合金领域，宝武镁业、旭升集团等企业已具备规模化供应能力，与主机厂的合作不断深化；尼龙行业则呈现国内企业快速崛起的态势，南山智尚等企业通过改性技术提升产品性能，拓展机器人应用场景。

技术难度上，PEEK因加工工艺复杂、核心指标控制难度大，处于最高梯队；镁合金需解决抗腐蚀与安全问题，技术门槛次之；尼龙工艺成熟，技术难度相对较低。综合来看，PEEK、镁合金、尼龙将分别在核心传动部件、结构件、消费级外壳等领域形成差异化竞争，共同推动人形机器人轻量化进程。

总体而言，轻量化是人形机器人从实验室走向商业化的“必修课”，材料创新则是当前阶段的核心抓手。镁合金、PEEK、尼龙等材料的应用将推动机器人重量持续下降、性能不断提升，而随着技术成熟与成本下降，人形机器人有望在家庭服务、工业协作等场景快速普及，轻量化材料产业链也将迎来爆发式增长。