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1、請閱讀最后評級說明和重要聲明 1/18 行業跟蹤報告|中小盤 證券研究報告 行業評級 推薦（維持）報告日期 2025 年 05 月 12 日 相關研究相關研究 【興證中小盤】人工肌肉介紹和機器人方向應用-2025.03.25【興證中小盤】人工肌肉介紹和機器人方向應用-2025.03.25 分析師：閻常銘分析師：閻常銘 S0190514110001 S0190514110001 分析師：王沁雯分析師：王沁雯 S0190523040001 S0190523040001 人工肌肉材料分類及應用人工肌肉材料分類及應用 投資要點：投資要點：通過材料選擇和結構設計，部分人工肌肉可實現輕量化。通過材料選擇和

2、結構設計，部分人工肌肉可實現輕量化。人工肌肉柔性材料因相對電機、齒輪等更易小型化，且材料自身通常具備柔性、輕質的特征而被學界廣泛關注。如，清華趙慧嬋團隊提及“在機器人領域，研發高響應速度、輕量化柔性人工肌肉一直是研究熱點”“柔性驅動器展現出了優于電磁電機和肌肉的性能，如自適應能力強、能量密度高、響應速度快、可自我傳感、可變剛度等”、北航陶永副教授提及“輕量化可通過仿生肌肉材料將整機重量壓縮”等。人工肌肉柔性材料因相對電機、齒輪等更易小型化，且材料自身通常具備柔性、輕質的特征而被學界廣泛關注。如，清華趙慧嬋團隊提及“在機器人領域，研發高響應速度、輕量化柔性人工肌肉一直是研究熱點”“柔性驅動器展現

3、出了優于電磁電機和肌肉的性能，如自適應能力強、能量密度高、響應速度快、可自我傳感、可變剛度等”、北航陶永副教授提及“輕量化可通過仿生肌肉材料將整機重量壓縮”等。材料選擇是決定人工肌肉核心性能的基礎。材料選擇是決定人工肌肉核心性能的基礎。人工肌肉模仿生物肌肉的特性，由楊氏模量接近生物肌肉的軟材料構成。作為人形機器人、柔性可穿戴設備和仿生系統的關鍵驅動核心，其性能高度依賴材料體系的選擇與集成。人工肌肉模仿生物肌肉的特性，由楊氏模量接近生物肌肉的軟材料構成。作為人形機器人、柔性可穿戴設備和仿生系統的關鍵驅動核心，其性能高度依賴材料體系的選擇與集成。當前主流人工肌肉材料可分為無機材料、有機材料、復合材

4、料、天然材料四大類。當前主流人工肌肉材料可分為無機材料、有機材料、復合材料、天然材料四大類。無機材料是無機材料是指由金屬元素、非金屬元素或其化合物構成，不以碳鏈為主骨架的材料。無機材料在性能方面具有高導電性、高強度、高能量密度的特性，可用于構成人工肌肉驅動層、電極層、骨架層等關鍵結構。指由金屬元素、非金屬元素或其化合物構成，不以碳鏈為主骨架的材料。無機材料在性能方面具有高導電性、高強度、高能量密度的特性，可用于構成人工肌肉驅動層、電極層、骨架層等關鍵結構。用于人工肌肉領域的典型無機材料包括：用于人工肌肉領域的典型無機材料包括：碳納米管、石墨烯、碳纖維、壓電陶瓷等無機非金屬材料以及形狀記憶合金（

5、如：鎳鈦合金）、金屬納米線、液態金屬等金屬材料。碳納米管、石墨烯、碳纖維、壓電陶瓷等無機非金屬材料以及形狀記憶合金（如：鎳鈦合金）、金屬納米線、液態金屬等金屬材料。有機材料是有機材料是以碳鏈為骨架、主要由碳、氫及部分雜原子（如氧、氮、硫等）構成的 高分子或低分子材料。有機材料依托其分子結構的柔性與響應性，表現出低能耗驅動、高可編程性與生物相容性，正在成為人工肌肉“輕量化智能化”的重要方向。以碳鏈為骨架、主要由碳、氫及部分雜原子（如氧、氮、硫等）構成的 高分子或低分子材料。有機材料依托其分子結構的柔性與響應性，表現出低能耗驅動、高可編程性與生物相容性，正在成為人工肌肉“輕量化智能化”的重要方向。

6、用于人工肌肉領域的典型有機材料包括：用于人工肌肉領域的典型有機材料包括：導電聚合物（聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩）、介電彈性體（硅橡膠、聚氨酯、丙烯酸酯）、液晶彈性體（LCE）、形狀記憶聚合物（如，聚氨酯、聚乳酸、聚己內酯等）、鐵電聚合物（聚 偏 氟 乙 烯 及 其 共 聚 物）、水 凝 膠、其 他 有 機 高 分 子 材料（如，尼 龍 纖 維、氨 綸 纖 維）。導電聚合物（聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩）、介電彈性體（硅橡膠、聚氨酯、丙烯酸酯）、液晶彈性體（LCE）、形狀記憶聚合物（如，聚氨酯、聚乳酸、聚己內酯等）、鐵電聚合物（聚 偏 氟 乙 烯 及 其 共 聚 物）、水 凝 膠、其 他 有 機 高 分

7、子 材料（如，尼 龍 纖 維、氨 綸 纖 維）。復 合 材 料是復 合 材 料是由 兩 種 或 兩 種 以 上 不 同 材 料 通 過 復 合 方 法 組 合 而 成 的，可獲 得 單 一 材 料 難 以實 現 的 性 能。在 人 工 肌 肉 中，復 合材 料 是 提 升 其驅 動 能 力、力 學 強 度、靈 敏 性 等 關 鍵 指標 的 重 要 路 徑。復 合 材 料在人 工 肌 肉 領 域 應 用 廣 泛。由 兩 種 或 兩 種 以 上 不 同 材 料 通 過 復 合 方 法 組 合 而 成 的，可獲 得 單 一 材 料 難 以實 現 的 性 能。在 人 工 肌 肉 中，復 合材 料 是

8、提 升 其驅 動 能 力、力 學 強 度、靈 敏 性 等 關 鍵 指標 的 重 要 路 徑。復 合 材 料在人 工 肌 肉 領 域 應 用 廣 泛。復 合 材 料主要由基體材料和功能填料兩部分構成：基體材料復 合 材 料主要由基體材料和功能填料兩部分構成：基體材料是人工肌肉的“骨架”，決定其力學性能和可加工性（提供柔韌性與結構支撐），上文中提及的有機、無機材料基本都可作為基體材料，如碳基材料、彈性體材料、水凝膠基材料、液晶彈性體基材料、形狀記憶聚合物材料等；是人工肌肉的“骨架”，決定其力學性能和可加工性（提供柔韌性與結構支撐），上文中提及的有機、無機材料基本都可作為基體材料，如碳基材料、彈性體

9、材料、水凝膠基材料、液晶彈性體基材料、形狀記憶聚合物材料等；功能填料功能填料是人工肌肉驅動和增強的核心，可通過物理或化學作用賦予基體材料特定功能，典型功能填料主要包括導電或導熱等響應性材料：如，導電填料（碳納米管、石墨烯、金屬納米顆粒）、光熱填料（MXene）、磁性顆粒（FeO、NdFeB）、高介電填料（BaTiO、TiO）等。是人工肌肉驅動和增強的核心，可通過物理或化學作用賦予基體材料特定功能，典型功能填料主要包括導電或導熱等響應性材料：如，導電填料（碳納米管、石墨烯、金屬納米顆粒）、光熱填料（MXene）、磁性顆粒（FeO、NdFeB）、高介電填料（BaTiO、TiO）等。天然材料是天然材

10、料是直接來源于動植物、未經過人為合成或大規?；瘜W改性的材料。天然材料具備生物親和性、環境友好性及響應可調性，適用于可穿戴設備與生物醫學器件等對柔性與生物兼容性要求較高的場景。直接來源于動植物、未經過人為合成或大規?；瘜W改性的材料。天然材料具備生物親和性、環境友好性及響應可調性，適用于可穿戴設備與生物醫學器件等對柔性與生物兼容性要求較高的場景。用于人工肌肉領域典型的天然材料包括：用于人工肌肉領域典型的天然材料包括：蜘蛛絲、蠶絲、羊毛、頭發、活體組織等動物來源材料以及棉花、亞麻等植物來源纖維素等。蜘蛛絲、蠶絲、羊毛、頭發、活體組織等動物來源材料以及棉花、亞麻等植物來源纖維素等。風險提示：柔性機器人

11、產品發展不及預期；柔性材料發展不及預期；機器人ToC 及 ToB市場不及預期風險提示：柔性機器人產品發展不及預期；柔性材料發展不及預期；機器人ToC 及 ToB市場不及預期 請閱讀最后評級說明和重要聲明 2/18 行業跟蹤報告|中小盤 目錄目錄 一、無機材料.4（一）無機非金屬材料.5（二）無機金屬材料.8 二、有機材料.9（一）導電聚合物.10（二）介電彈性體（DE）.10（三）液晶彈性體（LCE）.11（四）形狀記憶聚合物（SMP）.12（五）水凝膠.13（六）鐵電聚合物.14（七）其他有機高分子材料.14 三、復合材料.15 四、天然材料.16 圖目錄圖目錄 圖 1、哈工大課題組基于石墨

12、烯納米片的超薄柔性驅動器制備工藝圖.6 圖 2、壓電陶瓷驅動的 RoboBee 飛行機器人、HAMR 系列機器人.7 圖 3、形狀記憶合金（SMA）微觀晶體結構.8 圖 4、形狀記憶合金（SMA）相變過程.8 圖 5、中科大 SMA 驅動靈巧手設計.9 圖 6、介電彈性體驅動原理.11 圖 7、液晶彈性體人工肌肉驅動性能已經能夠達到或超過自然肌肉的水平.12 圖 8、尼龍纖維及氨綸纖維驅動器.14 表目錄表目錄 表 1、當前主流人工肌肉材料可分為四類.3 表 2、人工肌肉無機材料及應用.4 表 3、碳納米管（CNT）結構分類.5 表 4、常用的介電彈性體（DE）材料.11 表 5、形狀記憶聚合

13、物主要材料類型.13 表 6、水凝膠分類.13 表 7、人工肌肉天然材料應用案例.16 kWhUmUgViW8VlWoM7NdNaQmOqQsQtOiNpPmReRnMpM7NoOuNwMsPuMxNtOrM 請閱讀最后評級說明和重要聲明 3/18 行業跟蹤報告|中小盤 通過材料選擇和結構設計，部分人工肌肉可實現輕量化。通過材料選擇和結構設計，部分人工肌肉可實現輕量化。人工肌肉柔性材料因相對電機、齒輪等更易小型化，且材料自身通常具備柔性、輕質的特征而被學界廣泛關注。如，清華趙慧嬋團隊提及“在機器人領域，研發高響應速度、輕量化柔性人工肌肉一直是研究熱點”“柔性驅動器展現出了優于電磁電機和肌肉的性

14、能，如自適應能力強、能量密度高、響應速度快、可自我傳感、可變剛度等”、北航陶永副教授提及“輕量化可通過仿生肌肉材料將整機重量壓縮”等。材料選擇是決定人工肌肉核心性能的基礎材料選擇是決定人工肌肉核心性能的基礎。人工肌肉模仿生物肌肉的特性，由楊氏模量接近生物肌肉的軟材料構成。作為人形機器人、柔性可穿戴設備和仿生系統的關鍵驅動核心，其性能高度依賴材料體系的選擇與集成。當前主流人工肌肉當前主流人工肌肉材料可分為無機材料、有機材料、復合材料、天然材料四大類材料可分為無機材料、有機材料、復合材料、天然材料四大類1。表表1、當前主流人工肌肉材料可分為四類當前主流人工肌肉材料可分為四類 類別類別 定義定義 具

15、體材料具體材料 無機材料無機材料 由金屬元素、非金屬元素或其化合物構成，不以碳鏈為主骨架的材料 碳納米管碳納米管（CNT）石墨烯石墨烯 碳纖維碳纖維 壓電陶瓷壓電陶瓷材料材料 金屬及其合金金屬及其合金（如，鎳鈦合金等形狀記憶合金、銀納米線、銅納米線、液態金屬等）有機材料有機材料 以碳鏈為骨架、主要由碳、氫及部分雜原子（如氧、氮、硫等）構成的高分子或低分子材料 導電聚合物：導電聚合物：PANI（聚苯胺）、PPy（聚吡咯）、PTh（聚噻吩）、PEDOT:PSS 介電彈性體介電彈性體（DE）:硅橡膠、聚氨酯、丙烯酸酯類 液晶彈性體（液晶彈性體（LCE）形狀記憶聚合物形狀記憶聚合物（SMP）：聚氨酯（

16、PU）、聚乳酸（PLA）、聚己內酯（PCL）、環氧樹脂體系、（甲基）丙烯酸酯體系、硫醇-烯烴體系 鐵電聚合物：鐵電聚合物：聚偏氟乙烯(PVDF)及其共聚物 水凝膠：水凝膠：聚乙烯醇（PVA）、聚丙烯酸（PAA）、聚丙烯酰胺（PAAm）等合成水凝膠，殼聚糖、海藻酸鈉等天然水凝膠 其他：其他：尼龍纖維、氨綸纖維等 復合材料復合材料 由兩種或兩種以上不同材料通過復合方法組合而成的，可獲得單一材料難以實現的性能?；w材料：基體材料：人工肌肉的“骨架”，決定其力學性能和可加工性（提供柔韌性與結構支撐）以上提及的有機、無機及天然材料基本都可作為基體材料，以上提及的有機、無機及天然材料基本都可作為基體材料，

17、如碳基材料、彈性體材料、水凝膠基材料、液晶彈性體基材料、形狀記憶聚合物材料等 功能填料：功能填料：人工肌肉驅動和增強的核心，可通過物理或化學作用賦予基體材特定功能。典型功能填料主要包括導電或導熱等響應性材料典型功能填料主要包括導電或導熱等響應性材料。導電填料（碳納米管、石墨烯、金屬納米顆粒）、光熱填料（MXene）、磁性顆粒（FeO、NdFeB）、高介電填料（BaTiO、TiO）等 天然材料天然材料 直接來源于動植物、未經過人為合成或大規?；瘜W改性的材料 動物來源：動物來源：蜘蛛絲、蠶絲、羊毛、頭發、活體組織等 植物來源：植物來源：棉花、亞麻等纖維素 數據來源：Recent Advances

18、in Twisted and Coiled Artificial Muscles and Their Applications，興業證券經濟與金融研究院整理 1 Sun J,Zhang S,Deng J,et al.Recent Advances in Twisted and Coiled Artificial Muscles and Their ApplicationsJ.SmartBot,請閱讀最后評級說明和重要聲明 4/18 行業跟蹤報告|中小盤 一、無機材料 無機材料是指由金屬元素、非金屬元素或其化合物構成，不以碳鏈為主骨架的材無機材料是指由金屬元素、非金屬元素或其化合物構成，不以碳鏈

19、為主骨架的材料。料。無機材料在性能方面具有高導電性、高強度、高能量密度的特性。用于人工肌肉領域的典型材料包括碳納米管（CNT）、石墨烯、碳纖維、壓電陶瓷等無機非金屬材料以及形狀記憶合金（如：鎳鈦合金）、金屬納米線、液態金屬等無機金屬材料。表表2、人工肌肉無機材料人工肌肉無機材料及應用及應用 分類分類 材料材料 人工肌肉領域應用人工肌肉領域應用主要主要案例案例 無機非金屬材料 碳納米管 碳納米管碳納米管（CNT）是由碳原子通過是由碳原子通過 sp雜化形成的一維管狀納米材料雜化形成的一維管狀納米材料。碳納米管質量輕且具優異的力學、導電、導熱及和化學性能，因此被廣泛用于多種驅動形式的人工肌肉中，包括

20、電熱驅動、溶劑驅動、電化學驅動等。石墨烯 石墨烯是由單層碳原子以石墨烯是由單層碳原子以 sp雜化軌道組成的二維蜂窩狀晶格結構雜化軌道組成的二維蜂窩狀晶格結構。浙大高超教授團隊通過濕法紡絲和溶液還原法首次制備了石墨烯纖維；北大王啟寧教授、鄒如強教授研發了基于石墨烯的超柔性相變材料；哈工大課題組研制出基于石墨烯納米片的超薄型柔性驅動器，可用于制備柔性手指、柔性手掌、柔性章魚爪等。碳纖維 碳纖維（碳纖維（CF）是由前驅體（如聚丙烯晴）是由前驅體（如聚丙烯晴 PAN、瀝青、纖維素、木質素等）經過高、瀝青、纖維素、木質素等）經過高溫碳化處理形成的多晶碳材料。溫碳化處理形成的多晶碳材料。碳纖維也具備高強度

21、、高模量、低密度、耐腐蝕等特征，導電、導熱性能不如碳納米管、石墨烯，但碳纖維制備工藝相對成熟、成本低，因而碳纖維也通常作為人工肌肉骨架或與其他材料結合形成復合增強材料。張曉慧等選用碳纖維作為骨架材料，加入石墨烯/聚酰亞胺復合界面中，制備了具有三明治結構的電熱驅動器 丁建寧等提出了一種以碳纖維為基底的 PH 響應人工肌肉制備方法 壓電陶瓷等 壓電陶瓷材料是由鋯鈦酸鉛（壓電陶瓷材料是由鋯鈦酸鉛（PZT）等材料經高溫燒結形成的多晶陶瓷）等材料經高溫燒結形成的多晶陶瓷，可用于，可用于制備壓電致動器。制備壓電致動器。美國哈佛大學的研發出多型壓電陶瓷壓電陶瓷驅動、系繩供電的 RoboBee 飛行機器人、H

22、AMR 系列四足機器人等 日本名古屋大學 Toshio Fukuda 教授研制出壓電陶瓷壓電陶瓷(PZT)驅動的雙鰭魚型微機器人 東華大學閆建華等通過在氧化鋁長絲上化學鍍薄銅層來解決氧化鋁（氧化鋁（Al2O3）陶）陶瓷瓷的低扭轉和低延展性問題，并用這些 Cu Al2O3長絲制備同手性加捻的陶瓷人工肌肉 無機金屬材料 形狀記憶合金（SMA）形狀記憶合金形狀記憶合金指具備形狀記憶效應和超彈性的金屬合金材料，包括鎳鈦合金、銅指具備形狀記憶效應和超彈性的金屬合金材料，包括鎳鈦合金、銅基合金、鐵基合金等。其中，鎳鈦合金（基合金、鐵基合金等。其中，鎳鈦合金（Ni-Ti）在柔性機器人領域應用廣泛。）在柔性機

23、器人領域應用廣泛。德國薩爾大學 Stefan Seelecke 和 Paul Motzki 教授團隊使用超薄鎳鈦絲超薄鎳鈦絲制作人造肌肉 Villoslada 等人利用 NiTi 絲設計了 SMA 驅動器，并基于該驅動器設計了康復手套 中科大張世武教授團隊研發了 SMA 驅動的輕質靈巧手 金屬納米線（MNW）金屬納米線指金屬納米線指具有納米尺度直徑的金屬材料，其長度通常遠大于直徑，可以由單具有納米尺度直徑的金屬材料，其長度通常遠大于直徑，可以由單一金屬或合金構成。包括，銀納米線（一金屬或合金構成。包括，銀納米線（AgNW）、銅納米線（）、銅納米線（CuNW）等）等 請閱讀最后評級說明和重要聲明

24、 5/18 行業跟蹤報告|中小盤 MIT 的 Yoel Fink 團隊將導電的銀納米線（銀納米線（AgNW）沉積在纖維肌肉表面已檢測纖維肌肉的收縮和伸長。天津大學于仕輝課題組使用銅納米線銅納米線（CuNW）、PET 和 LDPE 薄膜制備出柔性透明執行器，并以此為基礎制備了具有一定透明度的仿生抓手 液態金屬 中科大張世武教授團隊開發了一種具有低驅動電壓、低滯后且可在水性環境中操作的液態金屬人造肌肉，其基于液態金屬的電化學可調界面張力來模擬肌肉的收縮和伸展。數據來源：Graphene fibers:preparation,properties,and applications，Fast Shea

25、th-driven Electrothermal Artificial Muscles with High Power Densities，A liquid metal artificial muscle 等文獻，興業證券經濟與金融研究院整理 （一）無機非金屬材料 無機非金屬材料方面，無機非金屬材料方面，碳基纖維材料（碳納米管、石墨烯、碳纖維等）因其質輕、機械強度高、能量密度高等特點成為人工肌肉領域的熱門材料；其他用于人工肌肉領域的無機非金屬材料還包括壓電陶瓷材料等。1.碳納米管 碳納米管碳納米管（CNT）是由碳原子通過是由碳原子通過 sp雜化形成的一維管狀納米材料雜化形成的一維管狀納米材料。

26、根據層數結構，碳納米管一般可分為單壁碳納米管（SWCNT）和多壁碳納米管（MWCNT）。表表3、碳納米管（碳納米管（CNT）結構分類）結構分類 分類分類 介紹介紹 圖示圖示 單壁碳納米管（SWCNT）由單層石墨烯片無縫卷曲形成，碳原子以六邊形蜂窩狀排列，形成連續的圓柱形管狀結構。整體直徑在 1-2 納米，具有優異的電學、熱學和力學性能。多壁碳納米管（MWCNT）由多層石墨烯嵌套構成，其柔韌性略弱于單層碳納米管。數據來源：A Review on Carbon Nanotubes Family of Nanomaterials and Their Health Field，興業證券經濟與金融研究院

27、整理 碳納米管碳納米管（CNT）重量輕，）重量輕，具備具備優異的力學、導電優異的力學、導電、導熱及、導熱及和化學性能。和化學性能。碳納米管具備高強度和高剛度，能在承受高載荷和應變的同時保證其結構的穩定性；高比表面積和高孔隙率也使得碳納米管具有出色的熱導率和電導率。此外，碳納米管在穩定性、耐腐蝕性及抗疲勞性方面也具有較好表現。綜合綜合以上特點，以上特點，碳納米管被廣泛用于多種驅動形式的人工肌肉中，包括電熱驅動、碳納米管被廣泛用于多種驅動形式的人工肌肉中，包括電熱驅動、溶劑驅動溶劑驅動、電化學驅動、電化學驅動等。等。1）電熱驅動：電熱驅動：電流驅動下，通過焦耳熱使碳納米管纖維膨脹或相變產生扭轉和收

28、縮；2）溶劑驅動：）溶劑驅動：碳納米管高孔隙率特點使得其可以強效吸附有機溶劑分子或者水分子的客體聚合物，這些溶劑分子被吸附時，碳納 請閱讀最后評級說明和重要聲明 6/18 行業跟蹤報告|中小盤 米管纖維的螺旋卷繞結構會發生膨脹，進而產生機械應變；2）電化學驅動：電化學驅動：電解液環境下，施加電壓促使溶劑化離子變進入碳納米管的雙電層，導致紗線提及膨脹或者解捻，從而實現扭轉和收縮的驅動效果。2.石墨烯 石墨烯是由單層碳原子以石墨烯是由單層碳原子以 sp雜化軌道組成的二維蜂窩狀晶格結構雜化軌道組成的二維蜂窩狀晶格結構。石墨烯同樣也展現出優異的性能，包括高強度(130 GPa)、高模量(1.1 TPa

29、)、高導電性(108S/m)、高熱導率(5000 W/m/K)、高透光性(單層透光率為 97.7%)等2。一方面，一方面，烯烯碳碳材料材料（石墨烯、碳納米管）（石墨烯、碳納米管）可以作為基本結構單元可以作為基本結構單元，通過多種組裝結構設計可以將其材料形變轉化為彎曲、旋轉或伸縮的驅動，從而實現人工肌肉的制備；另一方面，；另一方面，烯烯碳碳材料材料也也可以作為可以作為增強賦能的添加項增強賦能的添加項與其他功能材料相結與其他功能材料相結合合。如：石墨烯可作為導熱增強相引入高分子體系，在聚丙烯腈（PAN）/氧化石墨烯（GO）復合體系中，通過調控 GO 片層排列與取向結構可實現高達 1254 W/m/

30、K 的縱向熱導率，相比傳統 PAN 纖維提升 38 倍3。目前石墨烯基的柔性驅動器已經成功制備目前石墨烯基的柔性驅動器已經成功制備并應用。并應用。2011 年，浙江大學高超教授團隊發現氧化石墨烯（GO）的溶致液晶現象，通過濕法紡絲和溶液還原法后首次制備了石墨烯纖維；北大王啟寧教授、鄒如強教授研發了基于石墨烯的超柔性相變材料可用于人工肌肉和的柔性機器人；哈工大課題組利用石墨烯極低的平面熱膨脹系數及電熱效應特點，研制出基于石墨烯納米片的超薄型柔性驅動器，可用于制備柔性手指、柔性手掌、柔性章魚爪等。圖圖1、哈工大課題組哈工大課題組基于石墨烯納米片的超薄基于石墨烯納米片的超薄柔性柔性驅動器制備工藝圖驅

31、動器制備工藝圖 數據來源：Electro-thermally driven flexible robot arms based on stacking-controlled graphite nanocomposites，興業證券經濟與金融研究院整理 2 Jian,Muqiang,Yingying Zhang,and Zhongfan Liu.Graphene fibers:preparation,properties,and applications.Acta Phys.-Chim.Sin 38.2(2022):2007093.3 Li,Peng,et al.Bidirectionally

32、promoting assembly order for ultrastiff and highly thermally conductive graphene fibres.Nature Communications 請閱讀最后評級說明和重要聲明 7/18 行業跟蹤報告|中小盤 3.碳纖維 碳纖維碳纖維（CF）是）是由前驅體（如由前驅體（如聚丙烯晴聚丙烯晴 PAN、瀝青、瀝青、纖維素、木質素等、纖維素、木質素等）經過經過高高溫碳化溫碳化處理處理形成的多晶碳形成的多晶碳材料。材料。從性能上看從性能上看，碳纖維、碳納米管和石墨烯同為碳基材料，碳纖維也具備高強度、高模量、低密度、耐腐蝕等特征。但由

33、于三者結構和制備方法存在差異，其性能及成本方面有所不同。碳纖維導電、導熱性不如碳納米管、石墨烯，但碳纖維發展歷史較早，目前相對成熟且制備成本較低，而碳納米管、石墨烯生產成本較高且規?；a難度相對較大。因此，因此，碳纖維也碳纖維也經常被經常被用作人工肌肉的骨架或與其他材料用作人工肌肉的骨架或與其他材料結合進行復合增強。結合進行復合增強。如，張曉慧等選用碳纖維作為骨架材料，加入石墨烯/聚酰亞胺復合界面中，制備了具有三明治結構的電熱驅動器，碳纖維“骨架”柔性驅動器的機械性能和自形變性能得到了明顯增強，最優驅動器在 6 V 電壓下可彎曲 109,響應時間為 10s,輸出力為 7.25 mN(為其質量

34、的 10.3 倍)；丁建寧等提出了一種以碳纖維為基底的 PH響應人工肌肉制備方法，碳纖維具有較大的比表面積利于酸堿溶液滲透，以此為基底可以提高聚合物致動的應力應變能力和循環壽命。4.其他：壓電陶瓷材料等 壓電陶瓷材料是壓電陶瓷材料是由由鋯鈦酸鉛（鋯鈦酸鉛（PZT）等材料等材料經高溫燒結形成的多晶陶瓷，經高溫燒結形成的多晶陶瓷，具有非中心對稱晶體結構，在施加電場時會產生機械應變（逆壓電效應），反之在機械應力作用下產生電荷（正壓電效應）?；趬弘娞沾傻膲弘婒寗悠骰趬弘娞沾傻膲弘婒寗悠髟跈C器人領域已有廣泛的應用，在機器人領域已有廣泛的應用，如如柔性機械臂、柔性機械臂、步行步行機器人、游泳機器人、飛

35、行機器人等。機器人、游泳機器人、飛行機器人等。壓電陶瓷能隨電壓變化改變形狀，分辨率高，無需消耗能量維持狀態，但壓電材料普遍脆性大、斷裂韌性小、致動自由度和位移相對較小，因而更適用于微應變運動，在微型機器人領域應用較多。如：美國哈佛大學的研發出多型壓電陶瓷驅動、系繩供電的 RoboBee 飛行機器人、HAMR 系列四足機器人等；日本名古屋大學 Toshio Fukuda 教授研制出壓電陶瓷(PZT)驅動的雙鰭魚型微機器人等。圖圖2、壓電陶瓷壓電陶瓷驅動的驅動的 RoboBee 飛行機器人、飛行機器人、HAMR 系列機器人系列機器人 數據來源：國外微厘米級微型機器人發展綜述，興業證券經濟與金融研究

36、院整理 請閱讀最后評級說明和重要聲明 8/18 行業跟蹤報告|中小盤 （二）無機金屬材料 金屬材料方面，金屬材料方面，形狀記憶合金（如，鎳鈦合金）、金屬納米線（如，銀納米線、銅納米線）、液態金屬（如，鎵基液態合金）為人工肌肉領域的典型材料。1.形狀記憶合金（SMA）形狀記憶合金（形狀記憶合金（SMA）指具備形狀記憶效應和超彈性的金屬）指具備形狀記憶效應和超彈性的金屬合金合金材料，包括鎳鈦材料，包括鎳鈦合金、銅基合金、鐵基合金等。其中，鎳鈦合金（合金、銅基合金、鐵基合金等。其中，鎳鈦合金（Ni-Ti）在柔性機器人領域應用）在柔性機器人領域應用最為廣泛。最為廣泛。形狀記憶合金的形狀記憶效應和超彈性

37、特性主要是由其內部微觀固態相變機制形狀記憶合金的形狀記憶效應和超彈性特性主要是由其內部微觀固態相變機制引起的，其在不同溫度下具有兩種不同的固態相：引起的，其在不同溫度下具有兩種不同的固態相：高溫狀態下表現為硬度大且不易變形的奧氏體相，為立方晶體結構；低溫狀態下表現為硬度小且易變形的馬氏體相（低應力下為孿晶馬氏體，高應力下為非孿晶馬氏體），為單斜晶體心立方體結構。溫度升高時，形狀記憶合金（SMA）從馬氏體轉變為奧氏體并產生形變，實現“肌肉”收縮；冷卻后 SMA 又會恢復為馬氏體4。圖圖3、形狀記憶合金（形狀記憶合金（SMA）微觀晶體結構）微觀晶體結構 圖圖4、形狀記憶合金（形狀記憶合金（SMA）

38、相變過程相變過程 數據來源：形狀記憶合金執行器研究綜述，興業證券經濟與金融研究院整理 數據來源：Fluid-driven and smart material-driven research for soft body robots，興業證券經濟與金融研究院整理 形狀記憶合金（如鎳鈦合金）屬于熱驅動肌肉核心材料。形狀記憶合金（如鎳鈦合金）屬于熱驅動肌肉核心材料。由于 SMA 靈活性、高力重比及小體積的特性，使得它可以構建不同配置和形狀的驅動組件（如：螺旋彈簧、扭轉彈簧、直導線、扭力管等），也使得它更適應于小型、輕型、多自由度的柔性驅動器。德國薩爾大學 Stefan Seelecke 和 Pau

39、l Motzki 教授團隊使用超薄鎳鈦絲制作人造肌肉；Villoslada 等人利用 NiTi 絲設計了 SMA 驅動器，并基于該驅動器設計了康復手套；中科大張世武教授團隊研發了 SMA 驅動的輕質靈巧手，4 徐殿國,白鳳強,張相軍,等.形狀記憶合金執行器研究綜述J.電工技術學報,2022,37(20):5144-5163.DOI:10.19595/ki.1000-請閱讀最后評級說明和重要聲明 9/18 行業跟蹤報告|中小盤 具有 19 個自由度,手部重約 220 克，輕于人手，成本低，支持超過 33 種標準抓握模式及至少 6 種復雜抓握動作。圖圖5、中科大中科大 SMA 驅動靈巧手設計驅動靈

40、巧手設計 數據來源：A lightweight prosthetic hand with 19-DOF dexterity and human-level functions，興業證券經濟與金融研究院整理 2.金屬納米線、液態金屬等 金屬納米線，如銀納米線（金屬納米線，如銀納米線（AgNW）、銅納米線（）、銅納米線（CuNW）等）等因其因其機械柔韌性、機械柔韌性、導導電性能電性能而被而被用于用于人工肌肉制備中人工肌肉制備中。如：MIT 的 Yoel Fink 團隊將導電的銀納米線（AgNW）沉積在纖維肌肉表面以檢測纖維肌肉的收縮和伸長；天津大學于仕輝課題組使用銅納米線（CuNW）、PET 和

41、LDPE 薄膜制備出柔性透明執行器，并以此為基礎制備了具有一定透明度的仿生抓手。此外，此外，液態金屬液態金屬（如如鎵基液態金屬鎵基液態金屬）也可作為也可作為人工肌肉的核心驅動器人工肌肉的核心驅動器。中科大張世武教授團隊提出一種基于電化學方法改變液態金屬表面張力的液態金屬人工肌肉。鎵基液態金屬兼具液體和固體的一些優良特性，且極易被氧化形成表面氧化膜。未被氧化時，其具有已知液體中最大的表面張力，氧化后，表面張力可降至接近 0。通過電化學方法可以快速可逆地實現這兩種狀態的切換，切換中的形態變化可轉化為驅動力。二、有機材料 有機材料是以碳鏈為骨架、主要由碳、氫及部分雜原子（如氧、氮、硫等）構成有機材料

42、是以碳鏈為骨架、主要由碳、氫及部分雜原子（如氧、氮、硫等）構成的材料的材料，具有高度的結構可設計性與良好的柔性加工性能。在人工肌肉技術中，在人工肌肉技術中，有機材料具備較大發展潛力有機材料具備較大發展潛力。首先，有機材料高分子結構使其具備良好的可逆形變能力與彈性恢復性能，可模擬生物肌肉的“收縮-松弛”行為。其次，通過引入特定官能團或構建多級響應結構，有機材料能夠對熱、光、電、濕度、化學刺激等外界環境做出高度可控的形變響應，支撐人工肌肉系統的 請閱讀最后評級說明和重要聲明 10/18 行業跟蹤報告|中小盤 “感知-驅動”一體化設計。此外，有機材料具備輕質、柔軟、低模量（不剛硬，抗形變能力低）、響

43、應性強等特征，這使其在柔性驅動、智能響應、生物兼容性等仿生功能方向具備天然優勢。目前目前用于人工肌肉領域用于人工肌肉領域的主要有機智能材料主要包括的主要有機智能材料主要包括：導電導電聚合物聚合物、介電彈性體介電彈性體（DE）、液晶彈性體（液晶彈性體（LCE）、形狀記憶聚合物（、形狀記憶聚合物（SMP）、鐵電聚合物、鐵電聚合物、水凝膠、水凝膠、其他有機高分子材料（其他有機高分子材料（如，如，尼龍纖維、氨綸纖維等）尼龍纖維、氨綸纖維等）。（一）導電聚合物 導電聚合物導電聚合物是一類具有是一類具有-共軛電子體系的有機高分子材料，共軛電子體系的有機高分子材料，通過摻雜（氧化/還原）形成電子或離子導電通

44、道，實現電活性響應。導電聚合物最常見的三種驅動材料導電聚合物最常見的三種驅動材料包括包括：聚吡咯聚吡咯（PPy）、）、聚苯胺聚苯胺（PANI）和和聚噻聚噻吩（吩（PT），其中，其中聚吡咯聚吡咯（PPy）占占主導地位主導地位5。這些材料在電場作用下會在電極附近發生可逆氧化還原反應，促使聚合物與電解液之間發生離子遷移產生體積變化，從而將電能轉化為機械能，以達到驅動的目的。導電聚合物材料廣泛應用于彎曲驅動，可低電壓驅動，具有很高的驅動應力，適用于微型驅動器、柔性電極、仿生夾爪等，但由于擴散速度限制，其響應速度較為緩慢。（二）介電彈性體（DE）介電彈性體介電彈性體（DE）是一種可以實現是一種可以實現機

45、電轉換的智能材料機電轉換的智能材料，因其具有質輕、價廉、噪音小及柔軟可塑性強等特點而被廣泛用于柔性驅動器中。在介電彈性體（在介電彈性體（DE）上涂上高柔順的）上涂上高柔順的電極電極材料即可形成介電彈性體驅動器（材料即可形成介電彈性體驅動器（DEA）。）。從從驅驅動原理上看，動原理上看，介電彈性體驅動器（DEA）可看作一個平行板電容器，彈性體膜位于兩個平行金屬電極之間。當在兩個金屬電機上施加上千伏高壓直流電壓時，兩電極之間產生的靜電引力會擠壓彈性體膜，使其在水平方向上擴張，將電能轉化為機械能，關閉的電壓后，彈性體薄膜則會恢復原來形狀6。5 李曉鋒,梁松苗,李艷芳,等.仿生材料電活性聚合物“人工肌

46、肉”的研究進展J.高分子通報,2008,(08):134-145.6 李曉鋒,梁松苗,李艷芳,等.仿生材料電活性聚合物“人工肌肉”的研究進展J.高分子通報,請閱讀最后評級說明和重要聲明 11/18 行業跟蹤報告|中小盤 圖圖6、介電彈性體驅動原理介電彈性體驅動原理 數據來源：（仿生材料電活性聚合物“人工肌肉的研究進展，興業證券經濟與金融研究院整理 從從材料上看，材料上看，常用的常用的介電介電彈性體彈性體材料包括：材料包括：硅橡膠、硅橡膠、聚氨酯聚氨酯、丙烯酸酯類等、丙烯酸酯類等7。表表4、常用的介電彈性體（常用的介電彈性體（DE）材料）材料 材料類型材料類型 特點特點及應用及應用 硅橡膠 硅橡

47、膠是用 Si 和 O 交替作為主鏈的聚硅氧烷。其介電常數較低，但具有高能量轉換效率、快速響應、抗疲勞等性能。聚氨酯 聚氨酯由多元醇和和二異氰酸酯聚合而成。相對于其他常用 DE 材料，聚氨酯（PU）展現出較高的介電常數，但較高的拉伸模量也使得基于 PU 的 DEA 需要非常高的驅動電場。丙烯酸酯 丙烯酸酯類聚合物是目前研究最多、應用最為廣泛的彈性體。目前商用化的丙烯酸酯類彈性體主要為 3M 公司生產的 VHB4910 和VHB4905，基于此制備的介電彈性體價格低廉、極性較高、具有很強的粘附性。數據來源：（可將機械能轉變成電能的介電彈性體研究進展，興業證券經濟與金融研究院整理 （三）液晶彈性體（

48、LCE）液晶彈性體（液晶彈性體（LCE）是一種由液晶基元構成的高分子材料是一種由液晶基元構成的高分子材料，具有優異的彈性以及，具有優異的彈性以及來源于液晶來源于液晶取向取向轉變的可逆變形能力。轉變的可逆變形能力。當受到某些物理或化學刺激時，其液晶分子能夠在有序狀態和無序狀態間進行切換，從而產生與生物肌肉類似的可逆形變。根據液晶基元在聚合物網絡中的位置，液晶彈性體（根據液晶基元在聚合物網絡中的位置，液晶彈性體（LCE）可以分為兩種類型：）可以分為兩種類型：1）主鏈 LCE：液晶單元直接鏈接在聚合物主鏈上，主鏈 LCE 通常形變幅度更大8；2）側鏈型 LCE：液晶基元通過柔性側鏈連接到聚合物主鏈，

49、側鏈 LCE 通常響應性和柔軟性較好9。根據不同的刺激響應方式根據不同的刺激響應方式，LCE 可分為熱響應、光響應、電響應、磁響應可分為熱響應、光響應、電響應、磁響應和濕度和濕度響應響應等等。1）熱響應熱響應 LCE：最為常見，驅動溫度一般 60C150C；2）光響應光響應LCE：包括直接光驅動和光熱驅動，直接光驅動可引入偶氮苯等光響應基團、光熱驅動主要通過增加光熱涂層（如，炭黑、石墨烯、碳納米管、金屬納米顆粒和 7 戈風行,楊丹,田明,等.可將機械能轉變成電能的介電彈性體研究進展J.材料科學與工藝,2016,24(05):1-8.8 王振銘,成茗,武子軒,等.液晶彈性體復雜分子取向及多重形變

50、研究進展J.液晶與顯示,2025,40(02):231-249.9 劉曦陽,王曉工.腰接型側鏈液晶彈性體研究進展J.高分子學報,請閱讀最后評級說明和重要聲明 12/18 行業跟蹤報告|中小盤 聚多巴胺等）；3）電響應電響應 LCE：主要通過植入、包裹或混合電熱材料等方法實現（如，液態金屬、金屬導電絲等）；4）磁響應磁響應 LCE：主要通過在液晶彈性體前驅體溶液中預先加入磁性材料（Fe2O3或 Fe3O4）或磁熱材料（釹鐵硼等）實現磁場定向驅動或磁場熱驅動；5）濕度響應）濕度響應 LCE：使用場景有限、研究較少，主要通過構造不對稱親水性實現。目前，目前，液晶彈性體人工肌肉的液晶彈性體人工肌肉的驅

51、動性能（驅動應變、驅動頻率、功率密度）已經驅動性能（驅動應變、驅動頻率、功率密度）已經能夠達到或者超過能夠達到或者超過自然肌肉的水平自然肌肉的水平10（。（。這主要是由于在液晶彈性體人工肌肉制備過程中使用了化學改性（改變 LCE 配方或增加第二相）及結構優化（降低 LCE直徑或采用不同編織方式）的方法提高了其驅動性能。圖圖7、液晶彈性體液晶彈性體人工肌肉驅動性能已經能夠達到或超過自然肌肉的水平人工肌肉驅動性能已經能夠達到或超過自然肌肉的水平 數據來源：北大陳雯慧等液晶彈性體在人工肌肉領域的研究進展，興業證券經濟與金融研究院整理 （四）形狀記憶聚合物（SMP）形狀記憶聚合物形狀記憶聚合物（SMP

52、）是是一類在特定刺激下能夠記憶并且恢復原始形狀的智能一類在特定刺激下能夠記憶并且恢復原始形狀的智能高分子材料高分子材料。其中，熱驅動 SMP 是目前研究最多、應用最廣的。如果在熱驅動SMP 中添加光熱材料、電熱材料、磁熱材料也可實現光驅動、電驅動、磁驅動11。根據聚合物體系化學交聯或物理交聯根據聚合物體系化學交聯或物理交聯，SMP 可分為熱塑性材料和熱固性材料可分為熱塑性材料和熱固性材料12。1）熱塑性）熱塑性 SMP：通過物理交聯，通常具有較高的應變并且容易重新加工，但形狀回復率通常比較低。熱塑性材料主要包括聚氨酯（PU）、聚乳酸（PLA）、聚己內酯（PCL）等；2）熱固性熱固性 SMP：通

53、過化學交聯實現，通常具有較高的形狀回復率。熱固性材料主要包括：環氧樹脂體系、（甲基）丙烯酸酯體系、硫醇-烯烴體系等。10 陳雯慧,周曉航,劉珂.液晶彈性體在人工肌肉領域的研究進展J.液晶與顯示,2025,40(02):201-217.11 Liu,Yangkai,et al.Recent progress in shape memory polymer composites:Driving modes,forming technologies,and applications.Composites Communications(2024):102062.請閱讀最后評級說明和重要聲明 13/18

54、 行業跟蹤報告|中小盤 表表5、形狀記憶聚合物主要材料類型形狀記憶聚合物主要材料類型 材料材料類型類型 特點特點 聚氨酯（PU）聚醚或聚酯+異氰酸酯反應生成，100%有機鏈段 聚乳酸（PLA）由乳酸（CHO）聚合而成，純有機結構 聚己內酯（PCL）也是聚酯類，完全由碳鏈和酯鍵構成 環氧樹脂體系 由雙酚 A 等有機單體聚合而成，芳香環+醚鍵，全有機（甲基）丙烯酸酯體系 以丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯為單體 硫醇-烯烴體系 基于硫醇（-SH）與烯烴（C=C）光點擊反應構建 數據來源：Recent progress in shape memory polymer composites:Driving mo

55、des,forming technologies,and applications,興業證券經濟與金融研究院整理 （五）水凝膠 水凝膠是由物理或化學交聯方式形成的三維親水網絡和分散介質水組成的一類水凝膠是由物理或化學交聯方式形成的三維親水網絡和分散介質水組成的一類新興高分子材料新興高分子材料13（。（。水凝膠基人工肌肉因其獨特的柔軟性和生物相容性而被用于人工肌肉，但水凝膠通常也存在響應速率較慢、做功率不足的問題。按按來源來源分，分，可分為可分為天然水凝膠、合成水凝膠、復合水凝膠天然水凝膠、合成水凝膠、復合水凝膠三類三類14。1）天然水凝膠：天然水凝膠：來源于生物，如殼聚糖、海藻酸鈉、膠原蛋白等

56、，具有良好的生物相容性和降解性，但其機械強度較低，需要通過交聯或復合增強其力學性能；2）合成水凝膠：）合成水凝膠：通過化學合成制備，包括聚乙烯醇（PVA）、聚丙烯酰胺（PAAm）、聚丙烯酸（PAA）、等，具有一定機械和物理特性，適用于智能傳感器和軟體機器人；3）復合水凝膠：）復合水凝膠：結合天然和合成水凝膠材料制備，如水凝膠與納米纖維結合以增強機械強度等。表表6、水凝膠分類水凝膠分類 分類分類 材料材料 應用應用案例案例 天然水凝膠 殼聚糖、海藻酸鈉、膠原蛋白等 機械強度較低，需要交聯或復合增強其力學性能 Yang 等基于冷凍干燥技術制備了一種海藻酸鈉凝膠基海藻酸鈉凝膠基仿生人工肌肉 合成水凝

57、膠 聚乙烯醇（PVA）、聚丙烯酸（PAA）、聚丙烯酰胺（PAAm）等 UCLA 賀曦敏教授使用聚乙烯醇（聚乙烯醇（PVA）制備了水凝膠，這些水凝膠可用于制造人造腱、韌帶和軟骨 天津工業大學張佳瑋教授等研究出一種基于冷致形狀記憶水凝膠的超強可編程人工肌肉，該材料由聚丙烯酸（聚丙烯酸（PAA）水凝膠和醋酸鈣漯河而成 北京航空航天大學劉明杰教授團隊通過兩親性溶劑溶脹法將聚（甲基丙烯酸十桂酯）組成的親油網絡滲透到聚（聚（n-異丙基烯酰胺）異丙基烯酰胺）水凝膠中制備人工肌肉 復合水凝膠 結合天然和合成水凝膠材料制備 張聶等通過在聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺（PAM）水凝膠添加氧化石墨烯（GO）改性的工藝方法制備

58、了一種新型復合水凝膠 Xuan 等以聚（聚（N-異丙烯酰胺異丙烯酰胺-co-N,N-二乙基丙烯酰胺二乙基丙烯酰胺）與殼聚糖殼聚糖為原料制備了雙網絡離子凝膠 數據來源：功能高分子水凝膠前沿進展與未來趨勢，興業證券經濟與金融研究院整理 13 孫雨,樂曉霞,路偉,等.功能高分子水凝膠前沿進展與未來趨勢J.前瞻科技,2025,4(01):147-159.14 孫雨,樂曉霞,路偉,等.功能高分子水凝膠前沿進展與未來趨勢J.前瞻科技,請閱讀最后評級說明和重要聲明 14/18 行業跟蹤報告|中小盤 （六）鐵電聚合物 鐵電聚合物是鐵電聚合物是一類一類具有自發極化具有自發極化特性特性且極化方向可逆的聚合物材料且

59、極化方向可逆的聚合物材料。其核心特征與傳統鐵電材料（如陶瓷）等相似，但兼具了聚合物的柔韌性、輕質性和可加工性，在柔性驅動與傳感領域受到廣泛研究。聚偏氟乙烯聚偏氟乙烯(PVDF)及其共聚物是最常用的鐵電聚合物及其共聚物是最常用的鐵電聚合物。如：華中科技大學及美國賓夕法尼亞州立大學等研究者采用電熱方法驅動基于 PVDF 納米復合材料中的鐵電相變。（七）其他有機高分子材料 其他其他用于人工肌肉領域用于人工肌肉領域生物有機高分子材料還包括生物有機高分子材料還包括尼龍纖維、氨綸纖維等尼龍纖維、氨綸纖維等15（，主要通過熱驅動實現，但目前所需驅動溫度較高（超過 100），一定程度限制了其應用16。2014

60、 年 Baughman 課題組首先將尼龍線應用于人工肌肉、Mirvakili 等提出鍍銀尼龍驅動器、2015 年 Wu 等設計了具有螺旋結構的尼龍纖維并將其應用于仿生機械手、Yang 等開發了一種氨綸纖維驅動器等。圖圖8、尼龍纖維及氨綸纖維驅動器尼龍纖維及氨綸纖維驅動器 數據來源：人工肌肉纖維的研究進展，興業證券經濟與金融研究院整理 注：（A-E）為不同形式的尼龍 6 纖維，（F）為鍍銀尼龍驅動器；（G）為氨綸驅動器 15 Sun J,Zhang S,Deng J,et al.Recent Advances in Twisted and Coiled Artificial Muscles an

61、d Their ApplicationsJ.SmartBot,2025,1(1):e12005.16 王玉蓮,邸江濤,李清文.人工肌肉纖維的研究進展J.材料導報,請閱讀最后評級說明和重要聲明 15/18 行業跟蹤報告|中小盤 三、復合材料 復合材料是指由兩種或兩種以上不同材料通過復合方法組合而成的纖維結構，其復合材料是指由兩種或兩種以上不同材料通過復合方法組合而成的纖維結構，其目標是將各組的優勢整合，以獲得單一材料難以實現的性能目標是將各組的優勢整合，以獲得單一材料難以實現的性能17（。（。在人工肌肉中，復合纖維是提升驅動能力、力學強度、靈敏性等關鍵指標的重要路徑。復合材料復合材料在人工肌肉中

62、應用廣泛在人工肌肉中應用廣泛，其通常通常由基體材料和功能填料兩部分構成由基體材料和功能填料兩部分構成，部部分材料與前文重合，故不重復敘述分材料與前文重合，故不重復敘述?；w材料基體材料是人工肌肉的“骨架”，決定其力學性能和可加工性（提供柔韌性與結構支撐），上文中提及的有機、無機材料基本都可作為基體材料，如碳基材料、彈性體材料、水凝膠基材料、液晶彈性體基材料、形狀記憶聚合物材料等；功能填料功能填料是人工肌肉驅動和增強的核心，可通過物理或化學作用賦予基體材料特定功能，典型功能填料主要包括導電或導熱等響應性材料。具體的功能填料包括：具體的功能填料包括：導電填料（導電填料（Electrical Fil

63、lers），其作用是賦予復合材料電響應能力，適用于電熱驅動、電化學驅動等等，典型的材料有：碳納米管（CNT）：具有優異導電性能，形成三維導電網絡，適合電熱驅動。石墨烯：具有優異的導電性，可實現高響應速率驅動。金屬納米顆粒（如 Ag、Cu）：提高整體導電率，適合精細圖案印刷。光熱填料（光熱填料（Photothermal Fillers），這種填料可以將光能轉換為熱能，通過局部加熱驅動基體材料形變。如新興二維過渡金屬碳/氮化物材料 MXene（如Ti3C2Tx），有極高的光熱轉換效率（60%90%），適合于紅外光驅動，如碳黑、聚多巴胺：成本極低、具有高吸光性。金屬納米材料（如 Au 納米棒），表面

64、等離子共振效應（SPR）提高光熱效率。適合與液晶彈性體、形狀記憶聚合物復合，構建遠程激光驅動的人造肌肉器件。磁響應填料（磁響應填料（Magnetic Fillers），），該材料通過外部磁場誘導材料形變或者產生熱量，如 FeO納米顆粒：磁熱響應快，可與水凝膠、LCE 共混；NdFeB（釹鐵硼）：高矯頑力磁粉，適合定向排列形成磁驅肌肉。高介電填料（高介電填料（High-k Fillers），該材料提升介電常數，增強介電彈性體驅動效率，材料如鈦酸鋇 BaTiO3、氧化鈦 TiO2常用于硅橡膠、聚氨酯等基體中；Al2O3、ZrO2：增強力學性能同時提升驅動效率。在優化結構方向上，可以使用微球包裹結構

65、（core-shell）或表面改性提升分散性和復合均勻性。17 Sun J,Zhang S,Deng J,et al.Recent Advances in Twisted and Coiled Artificial Muscles and Their ApplicationsJ.SmartBot,請閱讀最后評級說明和重要聲明 16/18 行業跟蹤報告|中小盤 功能復合填料（多功能混合）功能復合填料（多功能混合），如同時引入導電+光熱填料，實現多模態復合驅動，融合導電+磁性顆粒，構建可控性更強的多響應智能驅動層。四、天然材料 天然材料是指直接來源于動植物、未經過人為合成或大規?；瘜W改性的材料。根

66、天然材料是指直接來源于動植物、未經過人為合成或大規?；瘜W改性的材料。根據來源不同，天然材料主要分為動物來源與植物來源兩類。據來源不同，天然材料主要分為動物來源與植物來源兩類。來源于動物的天然材料包括蜘蛛絲、蠶絲、羊毛、頭發、活體組織（包括動物心肌、骨骼肌細胞等），來源于植物的天然材料主要包括來源于棉花、亞麻等植物的纖維素。天然材料的優勢在于成本低、生物適應性強、綠色環保，劣勢在于響應緩慢、強天然材料的優勢在于成本低、生物適應性強、綠色環保，劣勢在于響應緩慢、強度較低、性能一致性較差度較低、性能一致性較差18。相比工業合成材料，天然材料易獲取，且本身在自然演化中形成了復雜而精妙的微觀結構，具備天

67、然的柔性、良好的生物適應性以及對環境友好的可降解特性。缺點在于響應緩慢、材料強度低、耐磨性差、無耐腐蝕性，且材料來源的多樣性導致性能特性的一致性和可重復性較差。天然材料制備的人工肌肉多通過溶劑驅動，經復合后可實現電驅動。天然材料制備的人工肌肉多通過溶劑驅動，經復合后可實現電驅動。天然材料通常對濕度變化敏感，允許隨著環境濕度的升高而發生伸縮與扭轉變形。此外，盡管天然材料本身不具備高導電性或強驅動輸出，但其常含有可被改性的功能基團（如羥基、氨基），因此可通過與納米材料、導電聚合物復合引入導電能力，從而拓展其在智能驅動、仿生結構等方向的應用。表表7、人工肌肉天然材料應用案例人工肌肉天然材料應用案例

68、分類分類 材料材料 人工肌肉領域人工肌肉領域主要主要應用案例應用案例 動物來源 蜘蛛絲 濕度誘導伸縮：Blackledge等利用蜘蛛絲蜘蛛絲遇水收縮的可逆伸縮驅動研制出可用于提升物體的人工肌肉。濕度誘導扭轉：Buehler等通過調整相對濕度來精確控制蜘蛛絲蜘蛛絲的扭轉驅動，可應用于生物傳感器和人工肌肉。蠶絲 南開大學劉遵峰團隊研發出一種基于扭矩平衡的纖維結構的純蠶絲蠶絲“人工肌肉”，可通過感知濕度實現扭轉、拉伸和收縮致動，可用于智能紡織品和柔性機器人。羊毛 東北林業大學苗孟河團隊利用羊毛纖維羊毛纖維研制出對水響應的纖維型人工肌肉，可用于智能織物。頭發 南開大學劉遵峰團隊利用頭發頭發中二硫鍵和氫

69、鍵形成的交聯網絡，實現濕度響應的頭發人工肌肉的自固定，同手和異手纖維人造肌分別表現出94%的收縮和3000%的伸長率，可應用于濕度傳感器、電氣開關、軟拖網機器人和智能發型等?；铙w組織 美國SAM等采用計算機輔助設計對非洲爪蟾心肌細胞心肌細胞組織進行改造，設計出一種具有生命的自主機器人“Xenobot”。日本研究團隊利用電刺激控制活體骨骼肌組織的收縮，制成機械臂。Zhang等開發了一種仿生優化的雙足生物混合機器人，其通過定向可控電場刺激肌肉組織實現驅動。18 Li,Ke,Hua Shen,and Wenliang Xue.Wet-driven bionic actuators from wool

70、 artificial yarn muscles.ACS Applied Materials&Interfaces 15.請閱讀最后評級說明和重要聲明 17/18 行業跟蹤報告|中小盤 植物來源 纖維素（棉花、亞麻等）東北林業大學苗孟河團隊用棉花、亞麻纖維棉花、亞麻纖維研制出對水響應的人工肌肉。由棉花纖維制備的人工肌肉的最大收縮量達到16.6%，最大做功能力達到200J/kg，是典型骨骼肌做功能力(8J/kg)的25倍，可用于智能織物。Li 等利用棉線棉線人工肌肉的扭轉特性，制作防雨智能窗戶。武漢大學常春雨團隊將纖維素纖維素納米晶體作為增強劑和多功能交聯劑加入到丙烯酰胺、丙烯酸、丙烯酰胺金剛烷

71、混合溶液中聚合成膠，經加工得到可通過水或乙醇驅動的水凝膠人工肌肉，其收縮應變高達87%，可用于微引擎、軟機器人等領域。美國馬里蘭大學的Wang 等用外涂碳納米管的三醋酸-纖維素纖維素雙股纖維編織成可根據濕度變化進行紅外輻射調節的織物，紅外輻射調控率高達35%。數據來源：Spider silk as a novel high performance biomimetic muscle driven by humidity，Moisture-sensitive Torsional Cotton Artificial Muscle and Textile 等文獻、興業證券經濟與金融研究院整理 風險提

72、示：柔性機器人產品發展不及預期；柔性材料發展不及預期；機器人 ToC及 ToB 市場不及預期 請閱讀最后評級說明和重要聲明 18/18 行業跟蹤報告|中小盤 分析師聲明分析師聲明 本人具有中國證券業協會授予的證券投資咨詢執業資格并登記為證券分析師，以勤勉的職業態度，獨立、客觀地出具本報告。本報告清晰準確地反映了本人的研究觀點。本人不曾因，不因，也將不會因本報告中的具體推薦意見或觀點而直接或間接收到任何形式的補償。本人具有中國證券業協會授予的證券投資咨詢執業資格并登記為證券分析師，以勤勉的職業態度，獨立、客觀地出具本報告。本報告清晰準確地反映了本人的研究觀點。本人不曾因，不因，也將不會因本報告中

73、的具體推薦意見或觀點而直接或間接收到任何形式的補償。投資評級說明投資評級說明 投資建議的評級標準投資建議的評級標準 類別類別 評級評級 說明說明 報告中投資建議所涉及的評級分為股票評級和行業評級（另有說明的除外）。評級標準為報告發布日后的12 個月內公司股價（或行業指數）相對同期相關證券市場代表性指數的漲跌幅。其中：滬深兩市以滬深300 指數為基準；北交所市場以北證50 指數為基準；新三板市場以三板成指為基準；香港市場以恒生指數為基準；美國市場以標普500 或納斯達克綜合指數為基準。股票評級 買入 相對同期相關證券市場代表性指數漲幅大于15%報告中投資建議所涉及的評級分為股票評級和行業評級（另

74、有說明的除外）。評級標準為報告發布日后的12 個月內公司股價（或行業指數）相對同期相關證券市場代表性指數的漲跌幅。其中：滬深兩市以滬深300 指數為基準；北交所市場以北證50 指數為基準；新三板市場以三板成指為基準；香港市場以恒生指數為基準；美國市場以標普500 或納斯達克綜合指數為基準。股票評級 買入 相對同期相關證券市場代表性指數漲幅大于15%增持 相對同期相關證券市場代表性指數漲幅在 5%15%之間 增持 相對同期相關證券市場代表性指數漲幅在 5%15%之間 中性 相對同期相關證券市場代表性指數漲幅在-5%5%之間 中性 相對同期相關證券市場代表性指數漲幅在-5%5%之間 減持 相對同期

75、相關證券市場代表性指數漲幅小于-5%減持 相對同期相關證券市場代表性指數漲幅小于-5%無評級 由于我們無法獲取必要的資料，或者公司面臨無法預見結果的重大不確定性事件，或者其他原因，致使我們無法給出明確的投資評級 無評級 由于我們無法獲取必要的資料，或者公司面臨無法預見結果的重大不確定性事件，或者其他原因，致使我們無法給出明確的投資評級 行業評級 推薦 相對表現優于同期相關證券市場代表性指數 行業評級 推薦 相對表現優于同期相關證券市場代表性指數 中性 相對表現與同期相關證券市場代表性指數持平 中性 相對表現與同期相關證券市場代表性指數持平 回避 相對表現弱于同期相關證券市場代表性指數 回避 相

76、對表現弱于同期相關證券市場代表性指數 信息披露信息披露 本公司在知曉的范圍內履行信息披露義務?？蛻艨傻卿洠▋饶唤灰追揽貦趦炔樵冹o默期安排和關聯公司持股情況。使用本研究報告的風險提示以及法律聲明使用本研究報告的風險提示以及法律聲明 興業證券股份有限公司經中國證券監督管理委員會批準，已具備證券投資咨詢業務資格。，本公司不會因接收人收到本報告而視其為客戶。本報告中的信息、意見等均僅供客戶參考，不構成所述證券買賣的出價或征價邀請或要約，投資者自主作出投資決策并自行承擔投資風險，任何形式的分享證券投資收益或者分擔證券投資損失的書面或口頭承諾均為無效，任何有關本報告的摘要或節選都不代表本報告正式完整的觀點

77、，一切須以本公司向客戶發布的本報告完整版本為準。該等信息、意見并未考慮到獲取本報告人員的具體投資目的、財務狀況以及特定需求，在任何時候均不構成對任何人的個人推薦?？蛻魬攲Ρ緢蟾嬷械男畔⒑鸵庖娺M行獨立評估，并應同時考量各自的投資目的、財務狀況和特定需求，必要時就法律、商業、財務、稅收等方面咨詢專家的意見。對依據或者使用本報告所造成的一切后果，本公司及/或其關聯人員均不承擔任何法律責任。本報告所載資料的來源被認為是可靠的，但本公司不保證其準確性或完整性，也不保證所包含的信息和建議不會發生任何變更。本公司并不對使用本報告所包含的材料產生的任何直接或間接損失或與此相關的其他任何損失承擔任何責任。本報

78、告所載的資料、意見及推測僅反映本公司于發布本報告當日的判斷，本報告所指的證券或投資標的的價格、價值及投資收入可升可跌，過往表現不應作為日后的表現依據；在不同時期，本公司可發出與本報告所載資料、意見及推測不一致的報告；本公司不保證本報告所含信息保持在最新狀態。同時，本公司對本報告所含信息可在不發出通知的情形下做出修改，投資者應當自行關注相應的更新或修改。除非另行說明，本報告中所引用的關于業績的數據代表過往表現。過往的業績表現亦不應作為日后回報的預示。我們不承諾也不保證，任何所預示的回報會得以實現。分析中所做的回報預測可能是基于相應的假設。任何假設的變化可能會顯著地影響所預測的回報。本公司的銷售人

79、員、交易人員以及其他專業人士可能會依據不同假設和標準、采用不同的分析方法而口頭或書面發表與本報告意見及建議不一致的市場評論和/或交易觀點。本公司沒有將此意見及建議向報告所有接收者進行更新的義務。本公司的資產管理部門、自營部門以及其他投資業務部門可能獨立做出與本報告中的意見或建議不一致的投資決策。本報告并非針對或意圖發送予或為任何就發送、發布、可得到或使用此報告而使興業證券股份有限公司及其關聯子公司等違反當地的法律或法規或可致使興業證券股份有限公司受制于相關法律或法規的任何地區、國家或其他管轄區域的公民或居民，包括但不限于美國及美國公民（1934 年美國證券交易所第 15a-6 條例定義為本主要

80、美國機構投資者除外）。本報告的版權歸本公司所有。本公司對本報告保留一切權利。除非另有書面顯示，否則本報告中的所有材料的版權均屬本公司。未經本公司事先書面授權，本報告的任何部分均不得以任何方式制作任何形式的拷貝、復印件或復制品，或再次分發給任何其他人，或以任何侵犯本公司版權的其他方式使用。未經授權的轉載，本公司不承擔任何轉載責任。興業證券股份有限公司經中國證券監督管理委員會批準，已具備證券投資咨詢業務資格。，本公司不會因接收人收到本報告而視其為客戶。本報告中的信息、意見等均僅供客戶參考，不構成所述證券買賣的出價或征價邀請或要約，投資者自主作出投資決策并自行承擔投資風險，任何形式的分享證券投資收益

81、或者分擔證券投資損失的書面或口頭承諾均為無效，任何有關本報告的摘要或節選都不代表本報告正式完整的觀點，一切須以本公司向客戶發布的本報告完整版本為準。該等信息、意見并未考慮到獲取本報告人員的具體投資目的、財務狀況以及特定需求，在任何時候均不構成對任何人的個人推薦?？蛻魬攲Ρ緢蟾嬷械男畔⒑鸵庖娺M行獨立評估，并應同時考量各自的投資目的、財務狀況和特定需求，必要時就法律、商業、財務、稅收等方面咨詢專家的意見。對依據或者使用本報告所造成的一切后果，本公司及/或其關聯人員均不承擔任何法律責任。本報告所載資料的來源被認為是可靠的，但本公司不保證其準確性或完整性，也不保證所包含的信息和建議不會發生任何變更。

82、本公司并不對使用本報告所包含的材料產生的任何直接或間接損失或與此相關的其他任何損失承擔任何責任。本報告所載的資料、意見及推測僅反映本公司于發布本報告當日的判斷，本報告所指的證券或投資標的的價格、價值及投資收入可升可跌，過往表現不應作為日后的表現依據；在不同時期，本公司可發出與本報告所載資料、意見及推測不一致的報告；本公司不保證本報告所含信息保持在最新狀態。同時，本公司對本報告所含信息可在不發出通知的情形下做出修改，投資者應當自行關注相應的更新或修改。除非另行說明，本報告中所引用的關于業績的數據代表過往表現。過往的業績表現亦不應作為日后回報的預示。我們不承諾也不保證，任何所預示的回報會得以實現。

83、分析中所做的回報預測可能是基于相應的假設。任何假設的變化可能會顯著地影響所預測的回報。本公司的銷售人員、交易人員以及其他專業人士可能會依據不同假設和標準、采用不同的分析方法而口頭或書面發表與本報告意見及建議不一致的市場評論和/或交易觀點。本公司沒有將此意見及建議向報告所有接收者進行更新的義務。本公司的資產管理部門、自營部門以及其他投資業務部門可能獨立做出與本報告中的意見或建議不一致的投資決策。本報告并非針對或意圖發送予或為任何就發送、發布、可得到或使用此報告而使興業證券股份有限公司及其關聯子公司等違反當地的法律或法規或可致使興業證券股份有限公司受制于相關法律或法規的任何地區、國家或其他管轄區域

84、的公民或居民，包括但不限于美國及美國公民（1934 年美國證券交易所第 15a-6 條例定義為本主要美國機構投資者除外）。本報告的版權歸本公司所有。本公司對本報告保留一切權利。除非另有書面顯示，否則本報告中的所有材料的版權均屬本公司。未經本公司事先書面授權，本報告的任何部分均不得以任何方式制作任何形式的拷貝、復印件或復制品，或再次分發給任何其他人，或以任何侵犯本公司版權的其他方式使用。未經授權的轉載，本公司不承擔任何轉載責任。特別聲明特別聲明 在法律許可的情況下，興業證券股份有限公司可能會持有本報告中提及公司所發行的證券頭寸并進行交易，也可能為這些公司提供或爭取提供投資銀行業務服務。因此，投資

85、者應當考慮到興業證券股份有限公司及/或其相關人員可能存在影響本報告觀點客觀性的潛在利益沖突。投資者請勿將本報告視為投資或其他決定的唯一信賴依據。在法律許可的情況下，興業證券股份有限公司可能會持有本報告中提及公司所發行的證券頭寸并進行交易，也可能為這些公司提供或爭取提供投資銀行業務服務。因此，投資者應當考慮到興業證券股份有限公司及/或其相關人員可能存在影響本報告觀點客觀性的潛在利益沖突。投資者請勿將本報告視為投資或其他決定的唯一信賴依據。興業證券研究興業證券研究 上海上海 北京北京 深圳深圳 地址：上海浦東新區長柳路36 號興業證券大廈15 層 地址：北京市朝陽區建國門大街甲6 號世界財富大廈 32 層 01-08 單元 地址：深圳市福田區皇崗路 5001 號深業上城T2 座 52 樓 地址：上海浦東新區長柳路36 號興業證券大廈15 層 地址：北京市朝陽區建國門大街甲6 號世界財富大廈 32 層 01-08 單元 地址：深圳市福田區皇崗路 5001 號深業上城T2 座 52 樓 郵編：200135 郵編：100020 郵編：518035 郵箱： 郵箱： 郵箱： 郵編：200135 郵編：100020 郵編：518035 郵箱： 郵箱： 郵箱：