无人机与机器人产量呈指数级增长，如何避免供应链问题？

2026-05-13 09:22

上海

物质科学

预计到2030年代末，无人机和自主机器人的产量将急剧攀升——商用无人机增长可达10倍，人形机器人和四足机器人增长可达100倍。2026年5月1日，美国普林斯顿大学化学工程师Anthony Ku等人在Cell Press细胞出版社旗下期刊Chem Circularity发表题为“Managing supply risks for critical materials in drones and robotics”的研究，评估了产量激增对美国及全球18种机器人与无人机原材料供应链的影响。他们预测，稀土金属和碳纤维的增量需求可能引发供应问题，并建议技术开发企业借助电动汽车等其他行业的现有产能，以防范短缺风险。

“我们的分析旨在抛砖引玉，通过前瞻视角，我们希望帮助行业提前应对潜在问题，减轻未来可能的供应链紧张带来的冲击。”该研究第一作者Ku表示，“我们可以在供应链建设初期就着手增强其韧性。”

为识别潜在供应链风险，研究人员估算了年产100万或1000万台无人机/机器人所需的18种原材料用量。这些材料用于电机、储能装置、电子元件及结构部件等多个组件。随后，他们将上述估算与2024年美国及全球的原材料需求量进行了对比分析。

总体而言，研究人员预测，对于18种材料中的大多数而言，产量增加不会使美国或全球供应链承受难以负担的压力。不过，少数几种材料存在风险，但这些风险可经提前规划而缓解。

在年产100万台和1000万台两种情景下，供应链短缺风险最大的是钕镨（NdPr）——一种用于永磁体的稀土材料，而永磁体是大多数无人机和机器人电机的核心部件。大型人形机器人因需要更大的电机，对钕镨的需求尤为突出——研究团队估算，年产100万台大型机器人可使钕镨需求量较美国2024年用量增加20%。研究人员指出，美国政府已在努力稳定并降低对钕镨等磁材供应链的海外依赖。

研究人员还预测，用于制造轻量化结构框架的碳纤维和镁在全球范围内及美国本土均可能成为瓶颈。不过，铝作为一种成本更低、储量更丰富的替代材料可供选择，因此这些材料的挑战仅在高端需求显著增长的情况下才会显现。

“尽管我们的研究结果表明供应链风险看似可控，但考虑到这些材料在数字技术、脱碳和国防领域的关键作用，我们绝不能掉以轻心。”普林斯顿大学化学工程师、合著者Chris Greig表示，“在一个地缘政治冲击日益频繁的世界里，不可预见的突发事件可能带来非常严重的后果。”

为积极筹备并构建面向未来的韧性供应链，研究人员提出了三项可立即实施的策略。首先，无人机和机器人制造商应将其供应链与依赖相同材料的现有产业进行整合。

“电动汽车、消费电子和电信领域的电池供应链已然存在，无人机和机器人制造商可以借力这些现有产能。”Ku说，“例如，特斯拉已在人形机器人生产方面朝这一方向迈进。”

其次，研究人员认为，开发者应在设计机器人和无人机时，使其材料在设备报废后更易于回收、再利用。他们指出，相较于其他依赖相同材料的系统，这一点对无人机和机器人而言应更具可行性——因为后者的使用寿命更短（无人机3-5年，人形机器人5-10年，而风力涡轮机则超过20年）。

“从历史上看，材料再利用和回收面临的一大挑战在于，产品设计往往只考虑使用阶段，而非报废阶段。”Ku表示，“而机器人和无人机目前仍处于发展初期，因此我们有一个机会窗口来设计这些技术，使其易于拆解回收，这将大大减轻供应链后端的压力。”

最后，作者们指出，开发者需要促进技术开发不同阶段人员之间的沟通，以便提前制定备选方案，应对某些材料可能出现的供应中断。

“你需要让技术人员尽早展开对话，开始评估材料或系统替代在技术和可行性上的边界，因为这能为未来预留额外的灵活性。”Ku说。