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人形機器人的傳感、控制與通信技術（二）

發(fā)布時間：

2025-09-04

來源：

射頻濾波器——實現(xiàn)精準的通信功能

射頻濾波器是人形機器人實現(xiàn)精準通信的核心器件，其功能類似收音機調(diào)臺——通過篩選有用信號、排除干擾信號，保障設備精準收發(fā)信息。一部手機通常需要50—100顆射頻濾波器芯片，其性能直接決定通信質(zhì)量。然而，該領域長期被國外企業(yè)壟斷，他們憑借數(shù)十年技術積累構建了涵蓋材料、制造、算法的立體技術壁壘，國內(nèi)企業(yè)面臨專利封鎖、設備落后、人才稀缺等多重困境。

突破壟斷的關鍵在于技術創(chuàng)新。國外傳統(tǒng)濾波器采用不規(guī)則多邊形結構（已申請專利），但通過建模仿真發(fā)現(xiàn)其曲面不光滑、雜波明顯、性能欠佳。我們通過AI算法推理計算，創(chuàng)新性地提出水滴形濾波器結構——這一擁有自主知識產(chǎn)權的新型設計，不僅突破了專利封鎖，更實現(xiàn)了性能的顯著提升，器件曲面光滑度與信號純凈度均達到國際領先水平。目前，武漢大學已申請相關專利348項（授權176項），并通過產(chǎn)學研合作孵化出完全自主知識產(chǎn)權的國產(chǎn)濾波器公司。同時，為加速高端濾波器國產(chǎn)化，我們正在構建全球化研發(fā)與生產(chǎn)體系。

輕量化是必須跨越的門檻

人形機器人要真正融入人類世界，輕量化是必須跨越的門檻。在工業(yè)制造、醫(yī)療護理等專業(yè)領域，以及家庭服務、教育陪伴、養(yǎng)老照料等日常場景中，更輕的體型意味著更低的能耗、更靈活的動作和更高的安全性。然而，實現(xiàn)人形機器人“減重”面臨多重矛盾挑戰(zhàn)，既要保證機身強度，又要精簡材料；既要集成更多傳感器，又要控制整體重量；既要提升續(xù)航能力，又不能使用笨重電池。

3D打印技術為解決這一難題提供了創(chuàng)新路徑。自20世紀80年代3D打印技術發(fā)明以來，這項技術已發(fā)展成熟，其核心優(yōu)勢在于通過構建復雜輕巧的結構實現(xiàn)部件一體化打印，顯著減輕重量；支持快速原型設計，加速創(chuàng)新迭代。但將3D打印應用于人形機器人制造仍存在三大技術挑戰(zhàn)：結構強度與疲勞性能保障（傳統(tǒng)拓撲優(yōu)化易產(chǎn)生內(nèi)部缺陷，需確保機械強度、疲勞強度及抗沖擊性能）、工藝質(zhì)量控制（需解決風場控制、形貌監(jiān)測等問題，避免未融合顆粒、氣孔、裂紋等缺陷）、承力件壽命管理（通過斷裂力學與損傷力學研究，建立缺陷產(chǎn)生機理模型，實現(xiàn)缺陷精確定位與實時消除）。

當前解決方案是將3D打印在線監(jiān)測技術與激光強化技術結合，實現(xiàn)工藝過程可視化、質(zhì)量缺陷可檢測、力學性能可調(diào)控。該技術已成功應用于鐵基、鈦基、鋁基等合金材料的機器人部件制造，包括肩部支架、胸骨框架、小臂、大腿、手指及關節(jié)等關鍵承力結構，為人形機器人輕量化發(fā)展提供了可靠支撐。

未來發(fā)展

全球正加速布局機器人產(chǎn)業(yè)，2025年被業(yè)內(nèi)視為人形機器人商業(yè)化量產(chǎn)元年。我國作為全球領先的人形機器人生產(chǎn)大國，已在AI芯片、柔性關節(jié)、動態(tài)平衡算法等領域取得突破。同時，憑借龐大市場需求、強大制造能力及產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)勢，中國在基礎元器件制造、系統(tǒng)集成和場景開發(fā)等領域潛力巨大。

從發(fā)展階段來看，人形機器人需歷經(jīng)從全尺寸樣機初步行走，到系統(tǒng)高度集成突破，再到實現(xiàn)跑跳等高動態(tài)運動能力，最終邁向產(chǎn)業(yè)化落地的過程。面向未來，產(chǎn)業(yè)發(fā)展遵循短期（5年）、中期（15年）、長期（30年）的技術路線圖：短期以材料創(chuàng)新為核心，研發(fā)復合材料、高強鋼等輕量化高強度材料，同時提升電機、傳感器、芯片等關鍵部件可靠性，推進通信物聯(lián)網(wǎng)技術集成，實現(xiàn)基礎人機交互；中期致力于復雜環(huán)境自主感知、仿生材料（如仿生皮膚）應用及高承重任務執(zhí)行；長期目標則是實現(xiàn)類人智能的自主學習與情感交互，賦予機器人多場景自適應能力。各階段均需同步推進安全可靠性（自檢測/自修復）、協(xié)同技術（邊緣計算+5G/6G云端協(xié)同）的突破，以及應用場景從工業(yè)制造向家庭服務等領域的拓展。