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柔性觸覺傳感器：電子皮膚挑戰(zhàn)與機(jī)遇并存，上升空間巨大
思瀚產(chǎn)業(yè)研究院    2024-11-01

柔性觸覺傳感器和剛性觸覺傳感器異同。柔性觸覺傳感器具有識(shí)別接觸對(duì)象的溫度、濕度、材質(zhì)和硬度等特性，可實(shí)現(xiàn)對(duì)物體更精細(xì)化操作。材料上，柔性觸覺傳感器使用柔性材料，如有機(jī)聚合物（如聚二甲基硅氧烷、聚氨酯等）、碳納米管、石墨烯、金屬納米線等具備良好的柔韌性、導(dǎo)電性或壓電性，能夠在受力或變形時(shí)產(chǎn)生相應(yīng)的電信號(hào)變化。而剛性觸覺傳感器以各種剛性材料為敏感元件，存在體積大、重量較重、不易變形等缺點(diǎn)。

制造工藝方面，剛性觸覺傳感器制造工藝相對(duì)成熟，生產(chǎn)效率高和成本相對(duì)較低。而柔性觸覺傳感器制造過程相對(duì)復(fù)雜，生產(chǎn)效率相對(duì)低，制造成本相應(yīng)提升。

柔性觸覺傳感器與剛性觸覺傳感器的技術(shù)原理均包括壓阻式、電容式等。隨著技術(shù)和材料的更新迭代，廠商或客戶已不滿足只使用剛性觸覺傳感器收集感知信息，開始對(duì)擬人的皮膚進(jìn)行相關(guān)的研究。電子皮膚是模仿人類皮膚的特性以及附加功能的感知系統(tǒng)，本質(zhì)上是一種仿生柔性觸覺傳感器系統(tǒng)。

電子皮膚一般由電極、介電材料、活性功能層、柔性基材組成，根據(jù)傳感方式分為應(yīng)變傳感、濕度傳感、溫度傳感和代謝物傳感。當(dāng)外界施加壓力時(shí)，活性功能層將應(yīng)變、濕度、溫度等信號(hào)轉(zhuǎn)換為可檢測(cè)的電信號(hào)，位于功能層兩側(cè)的電極層接受并對(duì)電信號(hào)進(jìn)行傳輸，最終信號(hào)傳輸?shù)饺梭w神經(jīng)細(xì)胞，完成一次“觸覺”傳遞過程。

目前，電子皮膚行業(yè)技術(shù)壁壘較高，包括技術(shù)與材料、集成度與制造、性能和商業(yè)化應(yīng)用。

技術(shù)與材料：電子皮膚技術(shù)的核心為模擬人類皮膚的特性，包括柔韌性、自愈能力、高機(jī)械韌性、觸覺感知能力。電子皮膚需具備較好的生物相容性和環(huán)境適應(yīng)性以應(yīng)對(duì)環(huán)境改變。同時(shí)，由于需感知壓力、溫度、濕度等不同刺激并轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，所需材料需同時(shí)具備穩(wěn)定性強(qiáng)、高靈敏度和良好導(dǎo)電性。電子皮膚所需特性對(duì)材料選擇和設(shè)計(jì)要求較為嚴(yán)格。目前，已發(fā)現(xiàn)有材料能滿足部分電子皮膚特點(diǎn)，但與人類皮膚相比仍有較大改善空間。

集成度與制造：高集成度和低制造成本助推電子皮膚商業(yè)化的重要因素。難題在于如何在有限空間內(nèi)將所需的傳感單元、運(yùn)算單元、顯示單元集成到一起，同時(shí)保持系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。此外，價(jià)格相對(duì)較高的高端觸覺傳感器的限制電子皮膚大規(guī)模使用，受用范圍也將受限。

性能：電子皮膚在使用中有可能出現(xiàn)測(cè)量誤差增大等問題，不具備穩(wěn)定性特征。此外，由于電子皮膚是長期使用的傳感器，其耐用程度、對(duì)力的感知信息的收集和反饋的穩(wěn)定性很大程度上影響人們對(duì)其實(shí)用性能的判斷，也將會(huì)直接影響電子皮膚商業(yè)化進(jìn)程。因此，提高電子皮膚的耐用性和穩(wěn)定性，同時(shí)要確保在長期使用過程中保持其一定的性能水平。

商業(yè)化應(yīng)用：電子皮膚作為新興技術(shù)，其商業(yè)化進(jìn)程需要循序漸進(jìn)，不僅需要得到市場(chǎng)和消費(fèi)者的認(rèn)可，也需要建立相關(guān)行業(yè)的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)。此外，下游應(yīng)用領(lǐng)域開拓將會(huì)相對(duì)困難，需通過探索和優(yōu)化適配不同領(lǐng)域需求。

人形機(jī)器人為電子皮膚未來潛力最大市場(chǎng)。電子皮膚主要下游應(yīng)用領(lǐng)域包括健康監(jiān)測(cè)、觸覺、人機(jī)交互、生物醫(yī)療、心率脈搏檢測(cè)等。在人形機(jī)器人中，電子皮膚大概率率先應(yīng)用于靈巧手，進(jìn)行力、溫度、紋理等多種類感知，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)操作。

人形機(jī)器人長期目標(biāo)是替代勞動(dòng)力，隨著未來技術(shù)的發(fā)展，電子皮膚有望覆蓋至全身。目前，電子皮膚在人形機(jī)器人領(lǐng)域使用率仍較低，根據(jù)頭豹研究院預(yù)計(jì) 2024 年人形機(jī)器人電子皮膚市場(chǎng)規(guī)模為 4.60 億元，2030 年市場(chǎng)規(guī)模為 90.50 億元，年復(fù)合增長率為 64.30%。

全球電子皮膚行業(yè)集中度高。海外龍頭企業(yè)主導(dǎo)全球電子皮膚市場(chǎng)，市占率約為90.00%，主要系國際龍頭企業(yè)擁有悠久歷史、雄厚的資本實(shí)力，經(jīng)驗(yàn)豐富的技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)和通過長時(shí)間的技術(shù)積累，核心競(jìng)爭力較強(qiáng)。由于中國電子皮膚企業(yè)起步較晚，目前僅少部分企業(yè)掌握電子皮膚核心技術(shù)，競(jìng)爭壓力巨大。國內(nèi)電子皮膚市場(chǎng)第一梯隊(duì)為漢威科技、安培龍等；第二梯隊(duì)為柯力傳感、申昊科技等。

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