机械设备行业专题研究：人形机器人有望带动触觉传感器需求增长

触觉传感器有望成为人形机器人领域发展最迅速的柔性传感器之一电子皮肤是可以通过与外界环境的交互感知外界刺激信息的电子设备，根据电子皮肤所实现的功能可以分为温度传感器、湿度传感器、触觉传感器等其它功能型的柔性传感器。我们认为，由于在人形机器人领域，触觉感知的需求场景最多，所以触觉传感器有望成为人形机器人领域发展最迅速的柔性传感器之一。 电阻式和电容式有望成为人形机器人领域触觉传感器的最终方案 触觉传感器以压力传感器和形变传感器为主，是将外界刺激引起的形变转变为电信号进行测量和表征的器件。依据物理机制可以将触觉传感器分为电容式、压阻式、压电式、光电式、磁敏式、超声式等。从成本角度看，我们认为电阻式和电容式有望成为人形机器人领域触觉传感器的最终方案。 灵敏层、电极、衬底材料选择和结构设计决定了传感器的性能 灵敏层、电极、衬底的材料选择和结构设计直接关乎传感器的性能。我们认为当前金属纳米材料、碳材料成本更低，适合于大量应用于人形机器人领域，而生物材料成本较高，适合应用于对精度要求更高的场景，而导电聚合物材料为未来的发展趋势。为了使电极与灵敏层有良好的接触以减小信噪比，通常会选用与灵敏层相同的导电材料来制备电极。 新兴传感器结构和工艺促进了触觉传感器发展 触觉传感器的加工技术主要包括MEMS微机电系统技术、3D打印、电子印刷、聚合物微机械加工等。触觉传感器的结构主要包括MEMS微机电系统、基于有机场效应晶体管压阻式阵列、“渔网”结构、拼接式阵列等新兴结构。 我们认为新兴结构、新兴材料和新兴加工工艺的发展有望促进低成本和高性能的触觉传感器的实现。 人形机器人的感知需求有望带动触觉传感器的需求增长 当前北美地区在全球触觉传感器市场上占据主导地位，市场份额大约为80%，Tekscan、Pressure Profile Systems以及Sensor Products Inc三家企业的市场份额合计约为65%。国内大部分的传感器企业均从事气体、温度等类型的传感器生产，几乎没有进行触觉传感器的生产，触觉传感器还处于早期发展阶段。我们认为随着人工智能技术在人形机器人、智能汽车等领域的应用，有望带来国内触觉传感器的需求增长。 投资建议 我们认为触觉传感器涉及敏感材料、MEMS微机电系统技术、压力传感器技术、传感器算法技术等，具有相关同源技术的公司有望受益。重点推荐推荐苏试试验，建议关注的上市公司有弘信电子、汉威科技、奥迪威，建议关注的非上市公司有力感科技、帕西尼感知科技、墨现科技、纽迪瑞等。 风险提示：人形机器人发展不及预期，触觉传感器成本下降不及预期，触觉传感器行业竞争加剧风险。 1.触觉传感器是目前应用最广泛的电子皮肤 1.1电子皮肤是可以感知外界刺激信息的电子设备 电子皮肤是可以通过与外界环境的交互感知外界刺激信息的电子设备，根据电子皮肤所实现的功能可以分为温度传感器、湿度传感器、触觉传感器等其它功能型的柔性传感器。我们认为，由于在人形机器人领域，触觉感知的需求场景最多，所以触觉传感器有望成为机器人领域发展最迅速的柔性传感器之一。柔性传感器能够将压力和应力刺激转为可检测到的电信号，可分为压阻式、电容式、压电式和摩擦电式等。 电子皮肤的发展得益于柔性电子技术的发展，柔性电子技术是将有机或者无机材料的电子器件制作在柔性基板上，形成电子电路的技术。柔性电子技术打破了传统集成电路需要硅基硬性基底的限制，由于其独特的柔性和延展性，使其大量应用于医疗、交互、穿戴设备、新能源、存储、机器人等领域。柔性电子制造的关键包括制造工艺、基板和材料等，其核心是微纳米图案化（Micro-and Nanopatterning）制造，涉及机械、材料、物理、化学、电子等多学科交叉研究。 图表1：电子皮肤可分为温度、湿度、触觉等类型 图表2：柔性电子技术打破了传统硬性基底的限制 1.2触觉传感器是目前应用最广泛的一种电子皮肤 触觉传感器是目前研究最为广泛的一种电子皮肤，因为触觉感应是生活中最为常见的感应。触觉传感器以压力传感器和形变传感器为主，是将外界刺激引起的形变转变为电信号进行测量和表征的器件。根据物理机制可以将触觉传感器分为电容式、压阻式、压电式、光电式、磁敏式、超声式等。从成本角度看，我们认为电阻式和电容式有望成为人形机器人领域的最终方案。 图表3：触觉传感器分为电容式、压阻式、压电式、光电式、磁敏式、超声式等 2.触觉传感器涉及材料、工艺和算法等技术 2.1灵敏层和可拉伸电极及衬底是触觉传感器的核心部件 灵敏层是传感器的核心部件，灵敏层的材料选择和结构设计直接关乎传感器的性能。常用的灵敏层材料包括以银、金、铜等为代表的金属材料、石墨烯和碳纳米管为主的碳材料以及PEDOT:PSS为主的导电聚合物。我们认为当前金属纳米材料、碳材料成本更低，适合于大量应用于人形机器人领域，而生物材料成本较高，适合应用于对精度要求更高的场景，而导电聚合物材料为未来的发展趋势。 图表4：常用的敏感层包括金属纳米材料、碳材料、生物材料和导电聚合物材料等 柔性可拉伸电极是柔性可穿戴传感器的关键组成部分。为了使电极与灵敏层有良好的接触以减小信噪比，通常会选用与灵敏层相同的导电材料来制备电极。金属的导电性好及易加工等特点使得金属电极成为应用最广泛的电极，但普通金属电极在触觉传感器制备中存在拉伸性能差和透光率差等问题，通常采用在金属电极上产生裂纹结构的方法，以保证金属电极的拉伸性。 柔性可拉伸衬底是影响柔性可穿戴传感器可拉伸性的关键成分，对传感器的拉伸性柔软度以及稳定性具有关键性作用。实现衬底的可拉伸性通常采用2种方法：第一种方法是采用本身固有拉伸性的材料当作衬底，如常用的柔性基底有聚对苯二甲酸二酯（PET）、聚酰亚胺（PI）、聚乙烯（PE）、聚氨酯（PU）、聚二甲基硅氧烷（PDMS），以及为提高佩戴者舒适度和透气性而选择的织物等材料。 图表5：可拉伸电极及衬底是触觉传感器的核心部件 2.2新兴传感器结构和工艺促进了触觉传感器发展 触觉传感器的加工技术主要包括MEMS微机电系统技术、3D打印、电子印刷、聚合物微机械加工等。触觉传感器的结构主要包括MEMS微机电系统、基于有机场效应晶体管压阻式阵列、“渔网”结构、拼接式阵列等新兴结构。我们认为新兴结构、新兴材料和新兴加工工艺的发展有望促进低成本和高性能的触觉传感器的实现。 图表6：新兴传感器结构和工艺促进了触觉传感器发展 3.智能技术发展有望带来触觉传感器需求增长 3.1触觉传感器广泛应用于机器人、汽车、医疗和航空航天 触觉传感器下游应用行业非常广泛，主要包括机器人、汽车、医疗、航空航天等领域。在机器人领域，触觉传感器可以帮助机器人感知周围环境，实现更加精准的运动控制和操作。在汽车领域，触觉传感器可以用于自动驾驶技术中，帮助车辆感知道路状况和障碍物。在医疗领域，触觉传感器可以用于手术机器人中，帮助医生进行微创手术。在航空航天领域，触觉传感器可以用于无人机和卫星的导航和控制。我们认为随着人工智能技术在机器人、汽车等领域的应用，有望带来触觉传感器的需求增长。 图表7：触觉传感器广泛应用于机器人、汽车、医疗和航空航天 国内大部分的传感器企业均从事气体、温度等类型的传感器生产，几乎没有进行触觉传感器的生产，触觉传感器还处于早期萌芽阶段。当前北美地区在全球触觉传感器市场上占据主导地位，市场份额大约为80%，而欧洲与其他地区的市场总和则共同占据了超过15%的份额。截至2020年，全球触觉传感器市场规模已达到1.2亿元，并根据预测数据，在2027年这一数值有望增至2亿元，期间复合年增长率（CAGR）预计为7.6%。 图表8：美国在触觉传感器领域占主导地位 图表9：预计未来几年全球触觉传感器CAGR为7.6% 3.2国内触觉传感器企业还有较大的进步空间 全球触觉传感器市场中，海外厂商凭借其先进的生产工艺、深厚的研发积淀及全球化营销网络，在市场份额上占据显著优势地位。QY Research的统计数据揭示，截至2021年，全球触觉传感器市场的主导企业包括但不限于Tekscan、Pressure Profile Systems以及Sensor Products Inc，这三家领军企业的市场份额合计约为65%。在国内市场，也有一批企业在积极布局和耕耘触觉传感器领域，如苏州能斯达（隶属于汉威科技集团）、苏试试验、奥迪威、力感科技、帕西尼感知科技以及墨现科技等。 4.受益产业链及标的 我们认为触觉传感器涉及敏感材料、MEMS技术、压力传感器技术、传感器算法技术等，具有相关同源技术的公司有望受益。重点推荐苏试试验，建议关注的上市公司有弘信电子、汉威科技、奥迪威，建议关注的非上市公司有力感科技、帕西尼感知科技、墨现科技、纽迪瑞等。 图表10：建议关注产业链及标的 4.1上市公司 弘信电子：公司为中国柔性电路板领军企业，主要从事柔性印刷电路板研发、设计、制造及销售，主要产品为各种高精密度的挠性印制电路板产品。子公司瑞浒科技深耕压力传感器领域，在标准电键传感器、多键标准传感器、压力按键定制模块以及家电、手机、电子烟、无线耳机和电动牙刷等多领域取得了不错成绩。瑞浒科技目前在柔性压力传感器、压力感应按键、应变薄膜等领域，已形成深厚积累，产品开始产业化落地，未来也会开展其它品类的传感器和传感器相关芯片的研发。我们认为弘信电子有望受益于人形机器人触觉传感器的发展。 汉威科技:公司为国内气体传感器及仪表龙头企业，正向多传感器综合解决方案提供商转型。子公司能斯达电子主要产品为柔性压力传感器、柔性压电传感器、柔性电容传感器、柔性热敏传感器、柔性温湿度传感器、柔性一体化复合微纳传感器，在医疗大健康、消费电子、IoT领域均有不错的应用。我们认为斯能达电子在柔性触觉传感器、MEMS微机电系统领域均有不错的积累，有望受益于人形机器人的发展。 苏试试验：公司为国内检测领域领军企业，主要业务包括检测设备和检测服务。 公司产品基于石墨烯的柔性应力振动传感器与人形机器人所需的触觉传感器技术同源，可直接将产品技术迁移至触觉传感器领域，且公司在传感器、检测等领域有深厚的积累和产业化经验，有望受益于人形机器人的发展。 奥迪威：公司为国内超声波传感器龙头企业，主要产品包括传感器和执行器，且具备传感器芯片等核心部件的研发能力。传感器包括测距传感器、流量传感器和压力传感器等，执行器包括电声期间和雾化器件。公司积极布局汽车自动驾驶、机器人、智能触控等领域，压触传感器正与华硕、VIVO、小米等消费电子头部厂商合作，我们认为公司压力传感器产品可横向拓展至触觉传感器领域，有望受益于人形机器人的发展。 4.2非上市公司 力感科技：公司是一家专业从事柔性薄膜力传感器的研发、生产和销售为一体的科技创新型企业。力感科技在柔性薄膜力传感器领域不断突破创新，开拓新的应用领域。在智能穿戴、康复、养老、运动、人机交互、智能设备等领域，公司已与国内外各知名上市企业和高等学府深入合作。我们认为公司产品可应用于人形机器人触觉感知领域，有望受益于人形机器人的发展。 帕西尼感知科技：公司是一家拥有前沿触觉核心及自动化技术的公司，致力于打造感知更加智能的机器人系统，提升人机交互体验。公司拥有行业一流的机器人产品及方案，包含多维度触觉传感器PX-6AX、消费级触觉传感器PX-3A、触觉灵巧手DexH5以及人形机器人Tora，为智能制造、康养医疗、工业生产、消费电子等领域客户提供行业领先机器人产品和解决方案。我们认为公司在灵巧手领域的产品正是目前人形机器人所需，有望受益于人形机器人发展。 墨现科技：公司是一家触觉类传感器领域的科技公司，高适应性柔性压力传感器解决方案提供者。公司实现了功能性与可靠性完全解耦的逾渗式压力传感器量产方案，全新推出的FLX系列柔性薄膜压力传感器，能够同时满足高可靠性、低触发力度、大量程、低成本的需求。我们认为公司产品技术可迁移至人形机器人触觉传感器领域，有望受益于人形机器人的发展。 纽迪瑞：公司是消费电子领域压力触控解决方案龙头