電子皮膚可以幫助人形機器人在外觀上更接近人類。目前,我國人形機器人的快速發展,帶動了“電子皮膚”的研發設計方案加速更新,甚至達到一周一迭代的速度。除了機器人領域外,未來,“電子皮膚”還將在醫療、工業等領域發揮更大價值。
近期,不少人形機器人披上了“電子皮膚”,加快對真實世界的探索。
皮膚,是人類感知外部環境的重要器官,而“電子皮膚”則為人形機器人感知真實世界推開了“大門”。要使多大勁捏一塊豆腐、拿起一個雞蛋?又以什么角度倒一杯水或者扶起病人?有了電子皮膚,機器人可以安全、準確、靈巧地完成這些動作。
裝上“電子皮膚”和仿真硅膠表層后,機器人手指的觸感和靈敏度更接近人類,除此之外,電子皮膚還可以用在機器人身體的不同位置,感知溫度和距離。
01
“電子皮膚”訂單爆發式增長
據央視新聞,從小眾產品到機器人的剛需,“電子皮膚”應用快速增長,生產研發也在提速。記者在廣東和浙江走訪中了解到,目前我國在“電子皮膚”領域具備相對優勢,產能也有望進一步突破。
在浙江嘉興的一個精密涂布車間,一卷卷用于“電子皮膚”的膜布快速噴涂后下線。車間主管蒲永江告訴記者,今年以來他們接到的訂單量大漲,車間全員無休,24小時輪班生產。
產能提升的同時,“電子皮膚”的造價也隨之下降,記者在東莞松山湖的一家企業了解到今年以來隨著價格下降,不少客戶開始嘗試給機器人全手甚至身體各個關節安裝“電子皮膚”,他們的出貨量隨之上漲10倍。
墨現科技(東莞)有限公司市場負責人王鑫表示:“早期‘電子皮膚’的產品可能都很貴,單一個傳感器都是千(元)級或者是萬(元)級的價格,我們現在可以做到一整只手,可能是千元級的價格區間,甚至千元級以下。”
目前,我國人形機器人的快速發展,帶動了“電子皮膚”的研發設計方案加速更新,甚至達到一周一迭代的速度。除了機器人領域外,未來,“電子皮膚”還將在醫療、工業等領域發揮更大價值。
電子皮膚可以幫助人形機器人在外觀上更接近人類。可類比人類的表皮層、真皮層以及皮下組織,將其分為上層包括柔性基材(輕質有彈性材料,如PI、PET)、封裝保護層(放水、防塵材料),中層為傳感器層,檢測壓力、溫度、濕度、化學物質等,實現敏捷響應,下層則是接口通信系統、電路和處理器,將電子皮膚采集的數據傳輸反饋給機器人大腦。
02
技術上還有諸多突破難點與壁壘
當前,電子皮膚在技術上還有諸多待突破的難點與壁壘。
在材料上,需同時實現壓力、溫度等多模態感知,并兼具柔韌性、延展性及自修復性。現有材料的折疊壽命與生物相容性尚無法很好滿足工業化、大規模量產需求,亟待新型復合材料突破。
在制造工藝上,柔性電子器件需在拉伸形變中維持功能穩定,對材料本身與工藝要求很高,且還需要解決密集電子元器件面對外界電磁屏蔽的難題。
在傳感器層方面,目前主流一共有5種技術路線,包括電阻式、電容式、壓電式、光學式、霍爾效應式,每種路線壁壘均不低,都有一些優缺點,業界還未形成技術路線層面的收斂。
正是因為技術有待成熟以及造價高昂,目前電子皮膚僅主要應用于靈巧手,包括指尖、指腹與手掌等位置。
未來,伴隨著技術進一步突破與規模化量產,成本將會逐步降低,電子皮膚也將擴展至手臂、腿部、身體軀干、臉部,乃至全身上下。這是未來具備很大增量的地方。
由于柔性傳感器憑借其可彎曲、輕量化、低功耗等獨特的功能,能夠適應非傳統的形狀和表面,不僅可應用于人形機器人,還將重塑消費電子、醫療健康、汽車等行業的硬件形態。
據機構調研福萊新材稱,電子皮膚未來將是一個由數十億美元市場向數百億美元市場過渡的過程。另據Precedence research,2024年全球電子皮膚市場規模為63億美元,預計到2034年將達到300億美元,年復合增速將達到17%。
03
巨頭加速入場
目前,全球做電子皮膚的巨頭并不多。海外方面,主要廠商包括Tekscan、Pressure Profile Systems、Sensor Products Inc,三大廠商占據的市場份額可能超過60%。
國內市場,本土玩家主要包括漢威科技、福萊新材、申昊科技、奧迪威、弘信電子等。
據每日經濟新聞,漢威科技主要以傳感器為核心,業務應用覆蓋傳感器、智能儀表、物聯網綜合解決方案、居家智能與健康及公用事業等行業領域。
自2013年起,漢威科技就開始布局柔性傳感器,主要由旗下蘇州能斯達電子科技有限公司開展相關業務。
漢威科技稱,其打造了8大系列柔性傳感器產品,“其中高端消費電子、智能可穿戴設備、康養等幾個領域的產品成熟度及標品化程度已經比較高且有較為穩定的訂單”。
4月8日,在漢威科技線上業績會上,公司董事長任紅軍回復《每日經濟新聞》記者表示,漢威科技的機器人電子皮膚業務是目前四大傳感器系列之一,具有重要位置。
而福萊新材主營廣告噴墨打印材料、標簽標識印刷材料、電子級功能材料、新型薄膜材料、膠粘材料等。
福萊新材在投資者關系活動中表示,公司2023年7月開始做產業立項規劃,認為柔性傳感器項目是公司早期規劃的前沿研究方向,并且在不同技術路線做了多項專利布局。柔性傳感器的研發是從傳統的涂布復合材料領域向新興的高科技領域拓展。
此外,記者此前以投資者身份咨詢時,弘信電子相關工作人員表示,公司在做電子皮膚方面的測試,但還沒有真正的商用。中京電子則表示,目前公司沒有電子皮膚的直接供貨,但公司在技術上是可以匹配到的。
全球機器人觸覺傳感器市場潛力廣闊。據觀研天下預測,到2030年,人形機器人市場規模將達到200億美元,這為柔性觸覺傳感器帶來了廣闊的商機。預計到2029年,全球機器人觸覺傳感器市場規模將達到4.3億美元。
我國柔性傳感器行業市場規模不斷擴大,增長速度較快。柔性傳感器技術的不斷進步和應用領域的拓展,也為市場規模的擴大提供了有力支持。智研咨詢數據顯示,2023年我國柔性傳感器市場規模為23.56億元,自2015年以來國內柔性傳感市場CAGR達到17.2%。目前柔性傳感器產業鏈下游應用主要為醫藥領域及消費電子,根據智研咨詢數據顯示,2022年中國柔性傳感器產業鏈下游占比中,醫藥領域占比為40.05%,消費電子領域占比為36.22%,其他應用領域占比為23.73%。
柔性觸覺傳感器是電子皮膚的核心部件之一,技術門檻高、研發周期長,高端產能被國外壟斷,市場集中度高。2022年,全球前五大廠商Novasentis、Tekscan、JDI、Baumer和Fraba合計占據約57.1%的市場份額。隨著人形機器人產業的蓬勃發展,柔性傳感器作為核心部件之一,市場前景廣闊。國內企業如漢威科技、申昊科技、柯力傳感、福萊新材、帕西尼、紐迪瑞、鈦深科技、埔慧科技等公司已經入局,進展迅速,已有公司進入送樣階段。目前,全球核心廠商主要分布在北美、歐洲,以中國為代表的亞太地區近年來新進入市場企業較多,發展速度較快,未來有望逐步縮小差距,推動國產化進程。
平安證券表示,感知系統是人形機器人核心子系統之一,視覺、力覺、慣性、觸覺等多種傳感器融合協作,為人形機器人與環境交互提供實時信息來源和反饋。3D視覺、六維力/力矩傳感、MEMSIMU、電子皮膚等是人形機器人感知系統的核心價值量所在,隨著人形機器人逐漸落地,上述多種傳感器將迎來巨大的增量市場,前景可觀。
德邦證券表示,考慮到目前電子皮膚僅主要應用于靈巧手,包括指尖、指腹與手掌等位置,未來伴隨著技術進一步突破與規模化量產,電子皮膚有望擴展至手臂、腿部、身體軀干、臉部,乃至全身,進一步實現顯著放量。
中泰證券研報認為,電子皮膚市場增長速度快,在人形機器人應用場景有機會從指尖拓展至全手、腳和關節,空間廣闊。目前海外公司占據主要市場,國產化率有提升趨勢,參與者中巨頭與初創公司兼有,國內公司積極布局,領先企業已送樣本體廠。目前電子皮膚產品均處于較初級階段,產品送樣節奏領先的企業有機會與本體廠共同開發,產品迭代速度會加快,進而積累優勢。
電子皮膚是一種柔性觸覺傳感器,是機器人感知環境和完成任務的基礎。具備1)溫度感知:檢測冷熱變化;2)法向力感知:感知垂直壓力,判斷接觸、抓握力度與物體硬度等;3)剪切力感知:識別滑動或摩擦力,助力穩定性判斷、紋理識別與方向判斷等操作。電子皮膚最常見的是壓阻式、電容式、壓電式,還有比較新穎的光學式和電磁式,其中壓阻式技術簡單應用廣泛,電磁式因可以感知切向力而有望成為未來演進方向。未來,電子皮膚將朝著高精度、長壽命、多模態感知和自愈能力方向發展,但材料、制造工藝和算法優化仍是實現規模化應用的主要挑戰。
財通證券則認為,電子皮膚是新型的仿生柔性觸覺傳感系統,在人形機器人與外界感知的過程中起到至關重要的作用。國內部分廠商擁有柔性觸覺傳感器生產布局,均處于早期階段,多功能柔性觸覺傳感技術仍是國內“卡脖子”技術。人形機器人的需求驅動有望帶來電子皮膚的大規模應用,加速國產品牌技術進階。