摘要:触觉感知可分为规划级、控制级、学习级三层。规划级生成运动序列,触觉感知主要用于反馈物体和环境信息,如重建物体形状、识别物体材质;控制级是操作物体实现目标姿态,触觉感知提供用于手部运动反馈和调整的信息,如调整抓取姿态和力;学习级是用学习方法使机器人自动学习并获得
1、触觉传感|灵巧手完成精细操作的核心传感器
目前,人形机器人触觉传感主要应用于灵巧手,功能为获取物体的物理信息和接触力,模仿人类皮肤触觉,协助完成类人手精细操作。
触觉感知可分为规划级、控制级、学习级三层。规划级生成运动序列,触觉感知主要用于反馈物体和环境信息,如重建物体形状、识别物体材质;控制级是操作物体实现目标姿态,触觉感知提供用于手部运动反馈和调整的信息,如调整抓取姿态和力;学习级是用学习方法使机器人自动学习并获得操作技能,机器人通过触觉数据学习技能,使灵巧手通过与环境相互作用的信息自主控制行为。
2、触觉传感|多模是重要发展方向,市场规模稳定增长
触觉传感发展路径为:指尖多维力测量-阵列触觉传感-多模态触觉传感。指尖多维力测量位置准确度较差;阵列触觉传感仅能感知单模态信息;多模态触觉传感可同时获得多种触觉信息,更加接近人类皮肤的功能,是触觉传感的重要发展方向。
根据思瀚数据,2022年,全球机器人触觉传感器市场规模约为2.1亿美元,预计2029年将增长到4.3亿美元,期间CAGR 10.8%。
3、电子皮肤|柔性、高精度仿生触觉传感系统
电子皮肤是一种仿生柔性触觉传感系统,附着于机器人表面,通过传感单元感知周围环境。 高灵敏度和柔性是电子皮肤对机器人弯曲、挤压、扭转等动作精确感知的必要条件。提高电子皮肤灵敏度和柔性的方法主要有两个方向:1)新材料选择,如PDMS、PET、PI、PVDF等柔性基底及敏感材料;2)结构创新,如网状、波纹状、岛桥等结构可改善电子皮肤柔性性能,可压缩褶皱、互锁三明治等微结构设计对灵敏度有较大影响。
4、电子皮肤|多模态感知是长期发展方向
长期看,仿生电子皮肤需具备多模态感知能力。单模态受其固有属性限制,仅能在有限场景下使用,如机械臂可实现接触控制,却无法处理安全抓取时的微小力操作;能感知压力、剪切力、摩擦力、热、磁等多种信息的多模态电子皮肤是人形机器人的真正所需。
电子皮肤在实现多模态性能的同时提升其关键参数仍面临诸多挑战,多功能材料和器件结构对于多模态电子皮肤将外部刺激高效转换为电信号致关重要。
一个完善的多模态电子皮肤工作流程包括:识别外部刺激、分解外部刺激、抑制干扰、解耦输出四步。
5、电子皮肤|人形机器人驱动电子皮肤市场快速增长
随着人形机器人逐渐落地,电子皮肤有望迎来快速增长期。全球市场,根据Ground View Research数据,2024年,全球电子皮肤市场规模约109亿美元,2025年预计约132亿美元,同比增长21.1%,到2030年,全球电子皮肤市场规模预计将增长到371亿美元,5年CAGR约为23.0%。国内市场,根据共研网数据,2024年,国内人形机器人电子皮肤市场规模预计4.6亿元,到2030年预计将增长到90.5亿元,期间CAGR约为64.3%。
6、电子皮肤|海外占主导,国内企业进步快速
电子皮肤尚处于发展早期,行业容量小,技术门槛高,整体看海外公司呈引领之势,Novasentis、Tekscan、JDl等海外企业市占率居于前列。
国内电子皮肤领域的市场玩家数量较少,上市企业里申昊科技、汉威科技具有代表性,非上市企业如帕西尼科技、纽瑞迪也有涉猎,技术路线与国外主流技术基本一致,但产品的可靠性、一致性、重复性等具体指标与国外企业产品尚存在一定差距。国内电子皮肤相关公司情况如下
申昊科技: 公司柔性触觉传感主要应用于非接触避障需求,目前针对预接触式传感方面进行研发,已小批量应用于公司操作类机器人,规避碰撞。目前该电子皮肤传感器尚处于小批量试用阶段。
福莱新材:公司在人形机器人柔性传感器方面与多家灵巧手和本体机器人公司在接触,同步推进研发、送样、技术交流。2月18日,公司举办新技术新产品推介会,对外发布柔性传感器技术和产品。
汉威科技:公司给多家机器人整机厂商提供电子皮肤及指腹类传感器,供其研发试用,并持续推进后续合作。
奥迪威:公司研发数字式触觉传感器,通过压电效应产生电信号回波识别出物体的软硬,为机械设备提供精准的触觉感知。柔电芯云 完成多个基于柔性生物电子技术的产品落地、实现低成本规模化量产和市场商业化验证。
帕西尼科技:产品覆盖从核心触觉到人形机器人整机制造全链路,已实现批量商业级交付。纽瑞迪 成功批量交付用于机器人灵巧手的触觉传感器,引领行业先河。
来源:思瀚研究院