“GaN的臨界點已來！”此前，EPC公司CEO及創(chuàng)始人Alex Lidow在公開文章中直言，并進一步表示，GaN的應(yīng)用臨界點之一的“人形機器人”具有重要意義。

近日，一國產(chǎn)人形機器人關(guān)節(jié)模組成功采用GaN，不僅為國產(chǎn)機器人核心部件的技術(shù)突破提供了關(guān)鍵范本，更標(biāo)志著GaN技術(shù)在機器人領(lǐng)域開始邁向規(guī)模化應(yīng)用的實質(zhì)性跨越。

5月17日，據(jù)中科阿爾法官微消息，其正式推出了具身機器人氮化鎵驅(qū)動器關(guān)節(jié)模組。

該模組內(nèi)置中科無線半導(dǎo)體自研AI ASIC具身機器人動力系統(tǒng)芯片家族關(guān)節(jié)系列“GaN陣列驅(qū)動器芯片”，具有250Hz高頻神經(jīng)反射與5ms全鏈路時延，峰值扭矩<18Nm和長時間持續(xù)工作低溫升特點，適用于工業(yè)機器人、具身機器人及特種寬溫機器人設(shè)備等智能傳動領(lǐng)域。

技術(shù)特點方面，中科無線半導(dǎo)體自研的AI ASIC動力系統(tǒng)芯片采用陣列GaN HEMT器件。具體來看，此次采用共源共柵（Cascode）拓撲，實現(xiàn)開關(guān)頻率2MHz以上99.2%能量轉(zhuǎn)換效率，并支持10ns級快速開關(guān)特性（較傳統(tǒng)Si基MOS管方案提升40%），溫升ΔT≤25K@滿載）。

與此同時，該模組還具備獨創(chuàng)即時通信接口、多重安全保護機制、機電一體化集成設(shè)計等突出優(yōu)勢。

資料顯示，廣西中科阿爾法科技有限公司成立于2019年，是“中科半導(dǎo)體”創(chuàng)始團隊基于自研的第三代半導(dǎo)體芯片成立的終端產(chǎn)品品牌公司。

另據(jù)中科半導(dǎo)體官微透露，中科半導(dǎo)體在今年2月份就發(fā)布了首顆基于氮化鎵（GaN）可編程具身機器人動力系統(tǒng)芯片，旗下的氮化鎵驅(qū)動器成功就應(yīng)用于該芯片。這種技術(shù)使得芯片在高頻神經(jīng)反射系統(tǒng)中表現(xiàn)優(yōu)異，頻率超過250Hz，感知到執(zhí)行的延遲低于5ms，接近人類神經(jīng)反射速度。從芯片發(fā)布到機器人關(guān)節(jié)模組發(fā)布，僅用了三個多月的時間。

中科半導(dǎo)體旗下氮化鎵驅(qū)動器成功應(yīng)用于具身機器人動力系統(tǒng)芯片

如今，在人工智能的火熱趨勢下，人形機器人的各類新品和應(yīng)用層出不窮，但各種挑戰(zhàn)也隨之而來。如在機器人的子系統(tǒng)層面，行業(yè)仍面臨一些共性挑戰(zhàn)，比如靈巧手的關(guān)節(jié)怎樣做得體積更小、反應(yīng)更加靈敏等，這就需要更多的控制器件、功率器件進行配合。

據(jù)英飛凌科技全球高級副總裁潘大偉介紹，機器人的電池續(xù)航大約2個小時，如果機器人能重量減輕、關(guān)節(jié)縮小，那么活動能力將大幅提升，電池的續(xù)航時間會顯著提升。

而氮化鎵器件作為第三代半導(dǎo)體的核心代表，其憑借高功率密度、高頻高效、耐高溫等等優(yōu)點脫穎而出，成為機器人行業(yè)實現(xiàn)更高的扭矩密度、更高的功率效率、更低的噪音和更緊湊的設(shè)計的關(guān)鍵驅(qū)動力。

機器人關(guān)節(jié)模組方案與硬幣體積對比  來源：EPC

目前，除中科阿爾法外，也有不少公司深耕于此。據(jù)“行家說三代半”此前報道，4月8日，《The Innovation》期刊發(fā)布了關(guān)于中國“黑豹2.0”四足機器人的革命性突破：該四足機器人成功搭載了GaN電機驅(qū)動系統(tǒng)。這意味著GaN技術(shù)正加速滲透機器人領(lǐng)域。

另據(jù)行家說產(chǎn)研中心《2024-2025氮化鎵（GaN）產(chǎn)業(yè)調(diào)研白皮書》初步調(diào)研顯示，近年來，西門子、安川電機等廠商均已推出應(yīng)用于人形機器人的GaN電機驅(qū)動器。

來源：GaN低壓電機驅(qū)動 《2024-2025氮化鎵（GaN）產(chǎn)業(yè)調(diào)研白皮書》

《The Innovation》明確指出，機器人市場具備產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用前景，預(yù)計2029年帶動中國機器人市場規(guī)模達4100億元。

據(jù)英諾賽科執(zhí)行董事吳金剛此前在活動上的介紹，氮化鎵在人形機器人中主要可以應(yīng)用在7個環(huán)節(jié)，包括：旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器、靈巧手、線性執(zhí)行器、智能感知、AI及控制、電池、充電器。

而在機器人關(guān)節(jié)模組環(huán)節(jié)中，一個入門版的人形機器人大概有40到50個關(guān)節(jié)，每個關(guān)節(jié)要用6到8個氮化鎵低壓器件，照此計算，單機的氮化鎵器件用量約為240-400顆。

可以預(yù)見，未來，隨著GaN技術(shù)的不斷成熟和成本的不斷優(yōu)化，其在機器人產(chǎn)業(yè)中的滲透率預(yù)計將持續(xù)增長。

據(jù)英諾賽科2024年財報，英諾賽科在人形機器人應(yīng)用展現(xiàn)出強勁增長勢頭，他們推出150V/100V全系列氮化鎵產(chǎn)品，覆蓋關(guān)節(jié)以及靈巧手電機驅(qū)動、智能電源轉(zhuǎn)換及電池管理等各類應(yīng)用。其中，100W關(guān)節(jié)電機驅(qū)動產(chǎn)品已實現(xiàn)量產(chǎn)。

潘大偉透露，英飛凌正在利用基于氮化鎵功率器件助力客戶設(shè)計出更高效、尺寸更小的馬達驅(qū)動產(chǎn)品和機器人關(guān)節(jié)，從而優(yōu)化機器人的整體設(shè)計，在減輕重量和降低成本的同時，大幅延長電池的續(xù)航時間和使用壽命。他預(yù)計，氮化鎵利用率在今年及未來將持續(xù)增長，英飛凌也將持續(xù)加大對氮化鎵的研發(fā)投入。

英飛凌科技副總裁劉偉曾公開表示，今年是人形機器人量產(chǎn)元年。那么，隨著頭部GaN企業(yè)的牽頭布局，以及下游機器人廠商的深度協(xié)同，接下來GaN在機器人行業(yè)內(nèi)還會誕生怎樣的技術(shù)突破和商業(yè)前景？我們拭目以待！