人形机器人柔性触觉传感器（电子皮肤）

人形机器人柔性触觉传感器（电子皮肤）20231219一、综述 1.电子皮肤与触觉感知 当前，柔性触觉传感器主要局限于单一的压力或触觉感知，而电子皮肤的终极目标是实现多功能感知，如温度、湿度和压力等。尽管目前市场上的产品尚未达到这一多感知目标，但研究仍在积极进行中。 技术和市场竞争方面，全球厂商如奥迪V和苏州能思达在电子领域中采用相似的柔性触觉传感器技术，并都专注于电子皮肤的研发。 人形机器人柔性触觉传感器（电子皮肤）20231219一、综述 1.电子皮肤与触觉感知 当前，柔性触觉传感器主要局限于单一的压力或触觉感知，而电子皮肤的终极目标是实现多功能感知，如温度、湿度和压力等。尽管目前市场上的产品尚未达到这一多感知目标，但研究仍在积极进行中。 技术和市场竞争方面，全球厂商如奥迪V和苏州能思达在电子领域中采用相似的柔性触觉传感器技术，并都专注于电子皮肤的研发。其中，压阻式触觉传感器因其高灵敏度成为主流，但也面临着干扰和可靠性的问题。 核心材料对性能的影响显著。触觉传感器的关键性能指标包括灵敏度、量程、一致性、重复性、信号噪比、线性度、可靠性、使用寿命以及环境限制。特别是压敏碳浆，它决定了传感器的基础性能，如灵敏度和可靠性。 2.传感技术的核心要素 国内外触觉传感器的差距主要体现在亚米碳浆层的品质和性能、传感器结构设计和制程工艺控制，以及后端算法解析上。在行业内，大多数公司自主掌握核心材料、结构设计和制造技术，而后端算法的开放程度较大，强调与客户合作开发。传感器的成本构成包括传感器含量、制造成本和算法等。随着量产规模的扩大，预计会出现显著的成本下降。 3.柔性电子皮肤的定制化投资价值 柔性触觉传感器的定价取决于客户需求的功能、性能、精细度和复杂性，以及最终的布置规模和设计，因此没有标准化的商品或定价。 在服务机器人应用中，电子皮肤能使机器人更精准地感知周围的人和物体，解决了由于红外或雷达传感器过度敏感导致的效率问题，适用于送咖啡、快餐等功能。 随着量产的实现，成本有望显著降低，理论上可以降至1000元以内。人形机器人对电子皮肤的需求较大，理想情况下应覆盖所有外露部分。 4.柔性触觉传感器的可持续性 柔性传感器材料具有高耐用性和易替换性，特别适合用于人形机器人。基底寿命与机器人匹配，非破坏性老化问题不大。虽然MEMS传感器精度高，但技术壁垒较大，且制造精度的不同会带来不同程度的技术挑战。 高分子材料被广泛应用于柔性触觉传感器中，如PET和PI等，具有良好的耐候性和抗老化性。5.柔性传感器的性能与市场前瞻 柔性触觉传感器的制程和材料是关键因素。尽管国内外在结构设计上可以相互模仿，但在制程能力和亚米碳浆层材料上存在差异，这决定了产品的性能和精度。 在灵敏度和量程方面，目前没有一致的标准。不同产品具有不同的规格，量程一般在克到公斤级别，没有绝对的优劣之分。 据报道，某国内公司可能拥有先进的电子皮肤技术。例如，优必选与合作伙伴研发的电子皮肤要求高、功能复杂，目前仍处于实验室阶段，与特斯拉的传感器技术明显不同，但具体细节和价值尚未透露。 6.触觉传感器技术难点探讨 触觉传感器的要求高，实现难度大。在现有技术下，单点触觉传感器要实现0.1牛至240牛力的检测范围存在挑战，特别是在0.1牛力检测的灵敏度上，要求极为严苛，制造过程中面临诸多困难。 材料应用的差异性明显。在压敏层中，碳系导电填料(如碳黑、碳纳米管和石墨烯等)的应用对提升灵敏度和量程至关重要。企业间的配方属于核心秘密，而导电浆料主要用于电极，不属于压敏层。 在国内，有多家企业在柔性触觉传感器领域活跃，包括能思达、力感、墨线、黄埔材料研究院等。其中，纽迪瑞在触觉开关等细分市场表现突出。各企业采取差异化布局，具有较高的关注价值。 二、Q&A Q：特斯拉最新发布的触觉传感器与电子皮肤在技术上有哪些区别？ A：特斯拉的触觉传感器引起了广泛关注，但与电子皮肤存在根本差异。特斯拉的传感器主要部署在手指尖和关节处，采用传统的硅基材料，这些材料坚硬且属于较为成熟的技术领域。相比之下，电子皮肤侧重于柔韧性和多功能感知能力，旨在模仿人类皮肤的功能。目前的大多数技术只能实现单一感知功能，如温度或湿度感应。因此，特斯拉的产品可被视为触觉传感器或阵列，但并不完全等同于全面的电子皮肤。 Q：您如何看待触觉传感器的终极研究目标？ A：触觉传感器的终极研究目标是模拟人类皮肤的多功能感知能力，包括但不限于温度、湿度、压力感知，甚至更高级别的感知功能，如针刺感或粗糙度识别。尽管当前市场上的产品大多局限于单一触觉功能，无论是特斯拉的解决方案还是其他电子皮肤技术，都仍处于这一发展阶段。然而，已有研究正在朝着这一终极目标迈进。 Q：目前市场上的柔性触觉传感器产品与人形机器人的应用之间是否存在技术共性？国内如奥迪V和苏州能思达公司的产品与海外公司有何差异？ A：国内公司如能思达，主要专注于柔性触觉传感器的研发，这在技术原理上与人形机器人的应用存在共性。这些公司近年来也在积极投入电子皮肤的研究。在技术上，他们采用的工艺流程与海外主流公司基本相似。然而，在技术成熟度、性能质量和创新能力等方面，与国外领先公司相比，仍存在一定差距，但这个差距正在逐步缩小。 Q：评估触觉传感器和电子皮肤的产品差距时，我们应该考虑哪些方面？ A：评估触觉传感器时，应考虑其灵敏度、量程、一致性、重复性、信噪比、线性度、可靠性、使用寿命以及在不同使用环境下的性能表现等关键指标。 Q：您了解国内的能思达公司和国外主要竞争对手在销售规模上的情况吗？ A：具体的销售规模数据我不清楚，因为像能思达这样的公司通常不会公开财报信息。总体 来看，无论在国内还是国外，这个市场相对较小众，因此销售规模不会特别大。国外的头部公司，如txt和因特利克，采用的产品路线与国内公司相似，形成直接的竞争关系。 Q：国内外在触觉传感器的技术路线和核心材料上有哪些共同点和差异？ A：当前，国内外主流的柔性触觉传感器均采用压阻式工作原理，其基础结构包括压敏材料 (如亚米碳浆)、柔性基底、印刷电极、隔离层和封装层等组成部分。在核心材料上，压敏碳浆是区分不同产品的关键因素，直接影响传感器的灵敏度、可靠性和各项性能指标。各家公司之间的差异主要体现在碳浆的性能上。 Q：在人形机器人领域的柔性触觉传感器方面，国内外的主要差距体现在哪些层面？ A：国内外的主要差距主要表现在三个方面：一是亚米碳浆层的材质质量和性能表现；二是传感器的结构设计和制程工艺的精细控制三是后端算法的解析能力和效率。材料和结构是决定器件性能的关键因素，而算法则直接影响其在实际应用中的性能表现。 Q：在压力材料、结构设计以及软硬件结合这三个领域中，像海外的头部企业和国内的能思达等公司，他们各自掌握哪些核心技术？是否存在外购或外包的情况？ A：行业内的领先企业通常自主掌握这三方面的核心技术，包括核心材料的配方和制程工艺、传感器的结构设计和制造，这些都是技术壁垒的核心部分，并且通常在公司内部进行严格控制。算法同样重要，但在某些特殊情况下，如客户为互联网大厂且希望保护自己的具体用途或者具备自行处理算法问题的能力时，可能会选择外包，但这种情况相对罕见。大部分情况下，传感器提供的服务是定制化的，很少有只提供器件而不参与开发的情况。 Q：关于压敏材料的技术壁垒，具体体现在哪些方面？ A：压敏材料的技术壁垒主要在于配方的独特性和制程工艺的精细控制，这些往往是各家公司的核心机密。在生产过程中，所需的设备通常是化工类的通用生产设备，并非特别高端或独特。 Q：柔性触觉传感器的生产成本是如何构成的？是否存在降低成本的可能性？ A：传感器的成本与客户需求的复杂性、所需功能的数量和面积大小直接相关，因此难以进行统一的拆分。以一个具体的例子来说，一个包含43个模组和40个阵列点的传感器模组，其成本大致由以下部分组成：传感器材料占40%，生产制造占30%，算法和软硬件等其他部分占30%。目前由于行业订单量较小，多为小批量生产，但如果未来能够实现大规模批量生产，无论是材料成本、制造成本还是软硬件算法部分的成本，都有可能大幅度下降。 Q：针对人形机器人专用的柔性触觉传感器，其定价基准是什么？是否存在标准化的定价体系？ A：当前，柔性触觉传感器的定价并未实现标准化，而是根据每个客户的具体需求进行定制。定价过程中会考虑机器人所需实现的功能、性能要求、精度和复杂性，以及最终设计的元件数量和布局面积等因素。因此，目前并没有统一的标准产品或标准价格。 Q：在定价方面，你们主要考虑哪些因素？一个配备电子皮肤的基础机器人的定价大概是多少？ A：我们在定价时主要考虑机器人的功能实现复杂度、结构设计以及所配置的传感器模组数量等因素。价格是根据机器人各方面的定制需求来确定的。以前的一个项目为例，客户的机器人搭载了8块传感器模组，每块模组的价格大约为3000元人民币，因此仅传感器成本就接近3万元人民币。当然，最终的价格会因其他零部件的成本而有所变化。 Q：如果需要对机器人全身进行传感器覆盖，成本会是多少？量产会对成本有何影响？A：若以这8块模组全身覆盖计算，一个机器人所需的传感器成本约为2.4万元人民币。当生产量达到标准化，产品数量足够大，如百万台级别时，传感器的价格将会大幅下降。这是 因为标准化生产能显著降低材料和生产成本，同时前期的研发费用可以分摊到更多的产品上。预期降价幅度会非常大，理论上价格可能降至1000元以内。 Q：人形机器人在使用触觉传感器的需求和成本估计是怎样的？ A：对于人形机器人，除了手指等需要高灵敏度的部位外，理想情况下，四肢、前胸、后背等外露部位也期望进行全面覆盖以实现类似人类的触觉感知。然而，由于不同客户对功能要求的复杂度各异，确切的成本估计较为困难。总体来说，目前这种高级触觉传感器对机器人而言成本较高，至少在2.4万元以上。 Q：关于人形机器人使用的柔性触觉传感器的柔性基底材料，如PI，您如何看待其老化问题和使用寿命？ A：PI和其他高分子材料具有良好的耐候性和抗老化性能，作为电子皮肤，这些高分子材料能够匹配机器人的使用寿命。通常，这些传感器采用模块化设计，易于更换。在正常使用条 件下，我们的柔性触觉传感器在功能上可承受上百万次触觉，并且在未发生意外损坏的情况下，其寿命不应成为问题。 Q：国内外有哪些企业在开展柔性MEMS传感器的研发与生产？在技术层面，将MEMS传感器应用于人形机器人的灵活手(灵巧手)存在哪些技术壁垒？ A：在国内，深圳帕希尼是一家在机器人领域专注于数据传感器研究的公司；国外如xella公司的产品与特斯拉的相关产品基本相似。在技术壁垒方面，MEMS传感器的难度比传统的触觉传感器更高，因为它们需要实现更灵敏和精确的多向力检测及实时反馈。虽然技术底层原理相同，但要达到行业先进水平，例如生产3纳米芯片所需的技术成熟度和研发投入是非常高的。 Q：柔性传感器是否能用于人形机器人以实现与人的互动？ A：确实，柔性传感器能够实现与人的互动。现有的智能玩具已经通过配备电子皮肤与儿童进行互动，例如通过触碰产生反应。因此，将柔性传感器应用于人形机器人中，可以显著提升其与人类交互的能力。 Q：在生产柔性触觉传感器时，导电银浆的成本和使用量如何？光伏行业的银浆能否用于制造此类传感器？ A：虽然导电银浆在传感器中起到辅助作用，而非核心材料，但由于其用量相对较小，因此即使其材料成本较高，对传感器总成本的影响也相对有限。理论上，光伏行业的银浆可以用于制造柔性传感器，因为两者都具有导电功能，但可能在纯度和其他特定要求上存在差异。Q：人形机器人的柔性触觉传感器在结构设计上是否会对其灵敏度和量程产生影响？国内厂 商在这方面与海外厂商是否存在明显差异？要达到国外的水平，难度有多大？ A：在柔性触觉传感器领域，结构设计是关键因素之一，它确实会影响产品的灵敏度和量程。 目前，国内外制造商在结构设计上可能存在相互借鉴的现象，但主要差异体现在