柔性触觉传感器:人形机器人关键零部件,布局龙头全梳理

翰棋说财经 2024-03-14 17:03:19

人形机器人灵巧手注重手的驱动控制,对电子皮肤和相关柔性传感器的需求较高。柔性触觉传感器是灵巧手领域催生的主要新硬件。

根据GGII预测,2030年全球人形机器人领域对柔性触觉传感器/电子皮肤的需求规模将达152.5万平方米,市场规模将达274亿元。

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柔性传感器行业概览

机器人上可以运用的传感器包括力矩传感器、柔性传感器、MEMS传感器等。

柔性触觉传感器是指,利用柔性材料物理特征,将外部力信息转化为电信息,从而实现触觉感知的传感器。

柔性触觉传感器又称为“电子皮肤”,能够实现与环境接触力、温度、湿度、震动、材质、软硬等特性的检测,是机器人直接感知环境作用的重要传感器。

柔性传感器(电子皮肤)可置于手部、手臂等多个部位,模拟人类皮肤,感知外部情况,可扩展性较好。

触觉传感器升级助力机器手持续向人手靠近:

数据来源:《触觉传感器与电子皮肤研究进展》

电子皮肤一般由电极、介电材料、活性功能层、柔性基材组成。

基底材料通常采用PET、PDMS等高柔性、高拓展性的材料制成;而敏感层材料通常包括有机聚合物、碳纳米管、石墨烯等。

柔性传感器可以测量动态、或形状变化的物体和大面积的非平面,由于其机械柔韧性和可拉伸性,在传感器受到一定程度的弯折、拉伸后,传感性能仍然稳定。

当感受到外界压力时,活性功能层将应变、湿度、温度等信号转换为可探测的电信号,并在功能层两侧的电极层完成接收和传输,最终传递至目标区域,从而实现“触觉”传输。

柔性基材能够承载电子皮肤,并确保其与生物皮肤等材料的相容性,优良的柔性材料能够给传感器提供高灵敏度、宽传感范围、高动态响应和高重复性。

目前,柔性电子皮肤的发展仍然受材料与结构限制,在测量精度上无法与传统成熟的金属及半导体传感器相比;未来研究中,探索新材料和结构设计仍是制备高性能电子皮肤的关键,尤其是高灵敏度和高柔性的电子皮肤。

此外,电子皮肤研究仍存在电子皮肤阵列触觉传感器难以兼顾高柔性和高弹性、大面积可扩展性差、制造成本高等难题。

未来伴随技术、产业日渐成熟,有望广泛应用。

柔性触觉传感器格局

据中国传动网信息,目前国内大概有超过4000家企业拥有柔性传感器的产品和专利技术。虽然落地产品多,但整体而言柔性传感器还处于发展初期,在材料、技术及产业链等方面都分别面临着不小挑战。

近年来柔性传感器市场竞争日趋激烈。目前我国柔性传感器行业涌现出了大量的企业,企业数量众多,形成了相对分散的竞争格局。

柔性传感器国产化率的不断提高与国内典型企业的的高研发投入、产品线增加存在很大联系。

国内主要布局厂商有汉威科技、申昊科技、帕西尼、中科纳芯、柔宇科技、墨现科技、上海思澄、慧闻科技、佳隆集团、钛深科技、广州埔慧等。

汉威科技2023年半年报显示,报告期内,公司旗下子公司苏州能斯达订单金额不断增加,应用领域不断拓展,柔性微纳传感器目前已在智能机器人领域有明确的应用,并与小米科技、九号科技、深圳科易机器人等积极开展业务合作,后续发展空间广阔。

柔宇科技拥有多项自主知识产权,柔性传感器可用于移动终端等众多领域。

主要柔性传感器厂商图示:

资料来源:民生证券、行行查

结语

在人形机器人加速爆发的背景下,柔性触觉传感器作为灵巧手的关键部件大有可为。

随着技术的不断进步,柔性触觉传感器正变得越来越轻薄、灵敏,甚至能够嵌入到机器人的皮肤表面。这样的设计不仅使机器人能够感知到外界的轻微触碰,还能检测到物体的形状、质地和温度等多种信息。这对于人形机器人来说至关重要,因为它们需要像人类一样,通过触摸来探索和理解周围的世界。

此外,柔性触觉传感器在人机交互中也发挥着重要作用。通过模拟人类的触觉感受,这些传感器可以让机器人在与人类互动时更加自然、安全。

未来,随着材料科学、微电子学和人工智能等领域的不断发展,可以预见柔性触觉传感器将会变得更加先进和智能化,不仅能够感知到更多的环境信息,还能通过自我学习和优化,不断提升机器人的触觉感知能力。

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