行业周报：柔性触觉传感器或将在人形机器人时代大放异彩

柔性触觉传感器（电子皮肤）让机器人拥有类人触觉 人形机器人要走进家庭，与人类安全地交互、灵巧操作各种物体，触觉感知是基础。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，有助于智能化的人形机器人实现产业化落地。柔性触觉传感器具备三大特点：（1）像人皮肤一样具有柔韧性。（2）在保证测量准确度和灵敏度的同时，能够实现任意弯曲变形、有弹性。（3）能够覆盖在非规则、非平面的机器人本体表面，可扩展、分辨率高。电阻式、电容式、压电式为目前应用最广泛的柔性触觉传感器类型。根据QYResearch数据，2022年全球柔性触觉传感器约15.3亿美元市场，预计2029年市场规模增长至53.2亿美元，2022-2029CAGR为17.9%，机器人、医疗领域需求为市场增长的主要驱动力。 材料技术和加工工艺是柔性触觉传感器的关键技术 功能敏感材料是传感器之本。柔性传感器材料选择包括敏感材料（有机聚合物、碳纳米管、石墨烯等）和基底材料（PDMS、PET等）。敏感材料的早期研究主要集中在对聚偏二氟乙烯(PVDF)聚合物的压电柔性材料上，目前主要集中在基于柔软、韧性好的压敏导电橡胶和薄膜电容器上。柔性触觉传感器的加工技术包括MEMS技术（早期为刚性MEMS技术，近几年出现柔性MEMS技术）和以3D打印、电子印刷、聚合物微机械加工为代表的新兴加工工艺。新型加工技术为高密度大阵列触觉传感器的实现创造了新可能，国内多家学术机构大力研发新加工工艺，通过3D打印技术制造的柔性触觉传感器在灵敏度、传感范围和线性度方面已经近似大多数已发布的高性能触觉传感器。 大阵列、多功能、降成本是重点发展方向，国产厂商具备增长潜力 智能化机器人未来想要拥有类人触觉，要求触觉传感器向着高密度、高灵敏、响应快、多功能、集成化和高性价比发展。能够感知物体形状、材质、表面纹理、温度和湿度等多功能的柔性触觉传感器研究目前仍是国内“卡脖子”领域，海外Novasentis、Tekscan、JDI、BaumerGroup、FrabaGroup五大供应商占据全球柔性传感器市场57.1%的份额，但其产品价格高昂，大阵列多功能柔性触觉传感器每片均价高达15万元，国内厂商若能进一步实现技术突破、以更低的成本制造出相近性能的产品，未来有望成为多功能大阵列柔性传感器产业化的中坚力量。 受益标的 汉威科技（柔性微纳传感器产品实现在医疗器械部分核心器件的国产替代，在智能机器人领域与小米科技、九号科技、深圳科易机器人等开展合作）；苏试试验(研发基于石墨烯的柔性应力振动传感器)；弘信电子（子公司瑞浒科技在柔性压力传感器领域有布局）。 风险提示：柔性触觉传感器降本进度、在机器人领域产业化应用不及预期。 1、柔性触觉传感器（电子皮肤）：让机器人拥有类人触觉 人形机器人要走进家庭，与人类安全地交互、灵巧操作各种物体，触觉感知是基础。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，有助于智能化的人形机器人走向产业化。 图1：触觉传感器是机器人智能感知和人机交互的核心器件 图2：触觉传感器的研究伴随着机器人的发展而发展 柔性触觉传感器具备三大特点：（1）像人皮肤一样具有柔韧性。（2）在保证测量准确度和灵敏度的同时，能够实现任意弯曲变形、有弹性。（3）能够覆盖在非规则、非平面的机器人本体表面，可扩展、分辨率高。将柔性多阵列触觉传感器安装到Shadow灵巧手上进行多次抓取测试时，可以观察到各手指指尖的输出力较为稳定，数据曲线较平滑。 图3：机器人手部可能使用柔性触觉传感器 图4：柔性触觉传感器像人皮肤一样具有柔韧性 1.1、电容式、电阻式、压电式柔性触觉传感器目前应用最广泛 柔性触觉传感器从敏感元件的感应原理上主要分为：压阻式（电阻）、压电式、电容式、光电式、磁敏式、光纤式和超声式等，电容、压阻、压电是常用的原理方法。 图5：柔性触觉传感器分为压阻式（电阻）、压电式、电容式、光电式、磁敏式、光纤式和超声式等 表1：柔性触觉传感器各敏感机理优缺点比较 1.2、材料技术、加工工艺是柔性触觉传感器关键技术 功能敏感材料是传感器之本。柔性传感器材料选择包括敏感材料（有机聚合物、碳纳米管、石墨烯等）和基底材料（PDMS、PET等）。敏感材料的早期研究主要集中在对聚偏二氟乙烯(PVDF)聚合物的压电柔性材料上，目前主要集中在基于柔软、韧性好的压敏导电橡胶和薄膜电容器上。 图6：PVDF、导电橡胶是柔性触觉传感器材料领域主要研究方向 柔性触觉传感器的加工技术包括MEMS技术（早期为刚性MEMS技术，近几年出现柔性MEMS技术）和以3D打印、电子印刷、聚合物微机械加工为代表的新兴加工工艺。 新型加工技术为高密度大阵列的触觉传感器的实现创造了新的可能，是产业界和学术界的主要研发方向。2021年6月，上海高等研究院提出了一种石墨烯-PDMS微球油墨3D打印制备柔性传感器的方法。2023年11月英国曼彻斯特大学、牛津大学、索尔福德大学和中国吉林大学的研究人员组成的团队发布最新研究成果，通过使用定制的3D打印机，将石墨烯/CNT/硅橡胶和涂有银粉的硅树脂复合材料直接打印在工作表面上，以高效经济的方式制造触觉传感器。在灵敏度、传感范围和线性度方面与大多数已发布的高性能触觉传感器相似。 图7：触觉传感器设计原理及3D打印流程，其中（b）为传感器灵敏层3D打印 1.3、大阵列、多功能、降成本是柔性触觉传感器重点发展方向 智能化机器人未来想要拥有类人触觉，要求触觉传感器向着高密度、高灵敏、响应快、多功能、集成化和高性价比发展。目前，多功能柔性触觉传感技术仍是国内“卡脖子”技术。 图8：未来柔性触觉传感器必须具备良好的拓展性 图9：多功能柔性触觉传感器是重点研究方向之一 1.4、机器人、医疗器械有望成为柔性触觉传感器市场主要驱动力 柔性触觉传感器除了在机器人领域有所应用，在消费电子、医疗健康、航空航天以及其他人机交互的场景也已经有较为广泛的应用。 图10：柔性触觉传感器在消费电子、医疗健康、航空航天以及其他人机交互的场景也已经有较为广泛的应用 根据QYResearch数据，2022年全球柔性触觉传感器约15.3亿美元市场，预计2029年全球柔性触觉传感器市场规模将达到53.2亿美元，2022-2029CAGR为17.9%，医疗及机器人领域需求为市场增长的主要驱动力。 图11：2022-2029年全球柔性触觉传感器市场有望以18%的复合增速增长 1.5、全球柔性触觉传感器市场由北美、欧洲主导，国内厂商增长潜力大 全球柔性触觉传感器市场主要参与者分布在北美和欧洲。全球范围内柔性触觉传感器生产商主要包括Novasentis、Tekscan,Inc.、JapanDisplayInc.(JDI)、BaumerGroup、FrabaGroup、Syntouch、Canatu、Sensel、FORCIOT、钛深科技等。2022年，全球前五大厂商占有大约57.1%的市场份额。海外大阵列多功能柔性触觉传感器平均1片的价格高达15万元，国内厂商若实现以更低的成本制造相近性能的产品，未来有望成为多功能大阵列柔性传感器产业化的中坚力量。 图12：全球柔性触觉传感器市场由海外主导 2、受益标的 汉威科技：柔性微纳传感器产品实现在医疗器械部分核心器件的国产替代，在智能机器人领域与小米科技、九号科技、深圳科易机器人等开展业务合作。 苏试试验：研发基于石墨烯的柔性应力振动传感器。 弘信电子：子公司瑞浒科技在柔性压力传感器领域有布局。 3、风险提示 柔性触觉传感器降本不及预期、在机器人领域产业化应用进度不及预期。