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一周解一惑系列

如何实现机器人触觉：电子皮肤与MEMS传感器

2024年02月26日

本周关注：恒立液压、徐工机械、中国船舶、东方精工、纽威数控

电子皮肤是一种模仿自然皮肤功能的创新技术。它的核心在于使用先进的电子和材料科学技术来制造出能够感知环境变化的灵敏表面。电子皮肤由基底层、传感器层、电路和处理器、能源供应、接口及通信系统以及保护层组成。基底层的灵活性使得电子皮肤可以适应各种形状和表面，传感器层的高度灵敏度则为其提供了类似于人类皮肤的感觉能力。电子皮肤主要依赖于其独特的材料和电子组件，以实现对不同类型的环境刺激（如压力、温度和湿度）的高度敏感和精确反应。电子皮肤的传感器层感应到压力或温度或湿度的变化，将其转换为数字信号并被传输到微处理器和电路系统，通过算法进行处理和分析。

电子皮肤的技术难点主要体现在材料的选择以及提升耐久性：1）材料选择：电子皮肤的材料不仅需要达到轻薄和柔软的特性，还需要可拉伸并且对环境因素做出准确快速的响应。2）提升耐久性：由为了在一定时间内准确检测所需型号，需要确保电子系统能在一段时间内稳定运行。因此，延长电子皮肤材料的使用寿命便至关重要。

柔性传感器是触觉传感器的一个子集，在电子皮肤的应用中扮演着至关重要的角色：1）柔性传感器由基底层、介电层、传感器的接触点以及传感区组成。柔性传感器的基底材料主要有聚合物基材以及纺织材料。2）柔性传感器主要分为电阻式传感器、电容式传感器、压电传感器以及摩擦电型传感器。电阻式传感器适合于基础的压力映射和触觉反馈系统，但在灵敏度和稳定性方面相对较弱，且容易受到环境因素如温度和湿度的影响；电容式传感器以其高灵敏度、快速响应和高精度表现突出，非常适合于高精度的触觉感测，但成本相对较高，且可能受到电磁干扰。3）柔性传感器制造技术主要为印刷法：每种工艺都涉及某种印刷方法，包括使用导电油墨和基底形成不同的设计。除此之外还有丝网印刷、喷墨打印、激光剥离以及3D打印等制作技术。

电子皮肤市场规模与行业情况：全球柔性传感器行业市场规模呈现逐年上涨态势，2022年全球柔性传感器市场规模为19.31亿美元，需求量为2.43万个，均价为7.95美元/个。中国虽然相关落地产品多，但整体而言柔性传感器还处于发展初期，在材料、技术及产业链等方面都分别面临着不小挑战。中国柔性传感器行业市场规模增长速度较快，2022年中国柔性传感器行业市场规模为21.12亿元，国产化率也在不断提高。国内典型企业：能斯达、钛深科技、墨现科技、帕西尼。国外典型企业：GelSight、Canatu、Novasentis。

柔性传感器以其可弯曲和伸缩的特性而著称：通常由柔性材料制成，能够适应弯曲和扭曲的表面。在测量压力、弯曲、伸展等物理变化方面表现出色，但大规模生产时可能面临复杂的制造工艺和耐久性问题，同时性能稳定性也是一个挑战。MEMS传感器以其小尺寸、高精度和低能耗而闻名：MEMS技术能够集成各种传感功能（如压力、温度、加速度等）到一个极小的芯片上，但其生产成本较高以及技术较复杂。在实际应用中，将这两种传感器结合使用，可以充分利用它们的优势，同时弥补各自的不足。

投资建议：关注相关MEMS压阻传感器技术的华培动力、安培龙

风险提示：机器人新产品研发及拓展不及预期的风险；机器人触觉传感器技术路线不确定的风险

行业专题研究/机械

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