这或许是人形机器人研发进度最慢的传感器:电子皮肤(全面分析)

B站影视 2025-01-02 22:06 3

摘要:电子皮肤是新型的仿生柔性触觉传感系统,在人形机器人与外界感知的过程中起到至关重要的作用。传感技术是机器人感知环境的基础,触觉传感器可以通过物理接触获得物体表面的相关特性,并将外界的信号转化为物理信号。柔性传感器是触觉传感器的一个子集,是一类特殊的传感器,在电子

电子皮肤是新型的仿生柔性触觉传感系统,在人形机器人与外界感知的过程中起到至关重要的作用。传感技术是机器人感知环境的基础,触觉传感器可以通过物理接触获得物体表面的相关特性,并将外界的信号转化为物理信号。柔性传感器是触觉传感器的一个子集,是一类特殊的传感器,在电子皮肤的应用中扮演着至关重要的角色。国内部分厂商拥有柔性触觉传感器生产布局,均处于早期阶段,多功能柔性触觉传感技术仍是国内“卡脖子”技术。人形机器人的需求驱动有望带来电子皮肤的大规模应用,加速国产品牌技术进阶。

传感器专家网

专注于传感器技术领域,致力于对全球前沿市场动态、技术趋势与产品选型进行专业垂直的服务,是国内领先的传感器产品查询与媒体信息服务平台。基于传感器产品与技术,对广大电子制造从业者与传感器制造者提供精准的匹配与对接

电子皮肤是人形机器人落地的重要传感器,但目前电子皮肤可以说是机器人研发进度最落后的传感器甚至主要部件之一。

本文,围绕电子皮肤,我们来了解其功能特性、结构组成及工作原理、技术难点能问题,而柔性触觉传感器作为电子皮肤中最重要的传感器件,将作为研究重点进行讨论,柔性传感器结构及材料构成、制造技术都有哪些,当前国际竞争格局是怎样的,市场规模有多大,人形机器人的需求驱动能带来的新增量有多大,相关公司又有哪些,下面我们来详细了解这些问题。

01

电子皮肤概述

1.生物皮肤与电子皮肤

皮肤是人体与外界环境交流的桥梁。皮肤是人体最大的器官,其重量约占人体体重的16%,成人皮肤平均总面积约为1.5m2。人体通过皮肤感知外界压力和温度,感受物体的表面形状质地,具有保护、排泄、调节体温和感受外界刺激等功能。人类皮肤由表皮层、真皮层和皮下组织构成,并由复杂的血管神经网络连接。

人类皮肤具有延展性、自愈能力、高机械韧性、触觉感知能力等特性,电子皮肤(E-skin)是一种模仿自然皮肤功能的创新技术。电子皮肤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。电子皮肤结合了柔性电子、纳米技术和智能材料,旨在模拟自然皮肤的触觉、温度和压力感应等功能。这种技术在医疗监测、先进的假肢设计、机器人技术和人机交互等领域显示出巨大的应用潜力。

2.电子皮肤特性

电子皮肤的关键特性包括下面五个方面:

(1)灵敏性

电子皮肤通过集成的微型传感器阵列,能够精准地感知和响应微小的压力、温度和触觉变化。这些传感器利用电阻、电容或其它电学特性的变化来检测外部刺激,从而实现高灵敏度的感应。

(2)伸展性和柔韧性

为了模仿自然皮肤的伸展性,电子皮肤使用了特殊的柔性材料,如硅橡胶、聚合物或纳米复合材料。这些材料能够在拉伸、弯曲或扭曲时保持其电子特性和功能。

(3)自愈性

某些高级电子皮肤设计包括自愈功能,能够在受到物理损伤后自动修复其结构和功能。这通常通过使用特殊的化学成分或微胶囊技术实现。

(4)可穿戴性和透气性

电子皮肤在设计上强调可穿戴性和对皮肤的透气性,以确保长时间佩戴的舒适性。通过微孔设计和轻薄材料的使用,电子皮肤可以有效地允许空气和水分通过,减少对皮肤的刺激。

(5)生物兼容性

在医疗应用中,电子皮肤的材料和设计必须确保与人体皮肤的兼容性,避免引起过敏反应或其他不良反应。这要求使用经过认证的生物相容材料,并考虑到长期与皮肤接触的影响。

3.电子皮肤主要组成结构

电子皮肤(E-skin)是一种先进的技术,它模仿了人类皮肤的功能,能够感知环境中的不同类型的刺激。这种技术在医疗、机器人和可穿戴设备领域显示出巨大的发展潜力。下面是对电子皮肤主要组成结构的详细描述:

电子皮肤的设计融合了先进的材料科学、微电子工程和传感器技术,其目的是创造一种能够灵敏感应环境变化并与之互动的智能界面。基底层的灵活性使得电子皮肤可以适应各种形状和表面,而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。电路和处理器的集成确保了数据的准确处理和传输,而能源供应系统则保证了设备的持久运行。最后,保护层的设计确保了设备在各种环境下的稳定性和耐用性。这些元素共同构成了电子皮肤的独特功能和应用潜力,使其在健康监测、机器人技术、智能可穿戴设备等领域具有广泛的应用前景。

02

电子皮肤工作原理

电子皮肤(E-skin)的工作原理是通过模仿人类皮肤的感知能力来感应和响应外界刺激。这种高科技的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。以下我们来详细介绍电子皮肤的工作原理。

1.传感器层的作用

压力感应:电子皮肤中的压力传感器是其核心部分之一。这些传感器通常由压电材料或电容式元件构成,能够在受到外部压力时产生电信号。当物体接触或施加压力到电子皮肤上时,传感器层的物理形态发生变化,导致电荷重新分布,进而产生电压或电流变化。这些变化被转换为数字信号,以量化接触的强度和位置。

温度和湿度检测:电子皮肤还集成了温度和湿度传感器。这些传感器能够检测环境中的微小温度和湿度变化,并将其转换为电信号。例如,温度传感器可能基于热电效应,而湿度传感器则可能基于材料的电阻或电容随湿度变化而变化的原理。

2.信号处理

信号转换和分析:由传感器层产生的电信号被传输到微处理器和电路系统。在这里,信号被转换为数字数据,并通过算法进行处理和分析。这一过程可以包括放大信号、滤除噪声、数据编码和解码等。

响应和输出:处理后的数据可以用于多种应用。例如,在健康监测方面,电子皮肤可以通过分析皮肤的温度和湿度来监测健康状况。在机器人技术中,电子皮肤可以提供精确的触觉反馈,帮助机器人更精确地抓取和操纵物体。

3.能源和通信

能源管理:电子皮肤需要持续的能源供应来保持其功能。这通常通过嵌入式电池或能量收集系统(如太阳能或热能转换)实现,以维持长期运行。

数据通信:电子皮肤还包含无线通信模块,如蓝牙或Wi-Fi,使其能够将收集和处理的数据传输到外部设备,如智能手机或计算机。

03

电子皮肤技术难点

下图为电子皮肤大致制造流程图:

基底准备阶段涉及到材料的选择,电子皮肤设计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。

下面是电子皮肤材料具体难点的详细分析:

1.材料的选择

首先,电子皮肤的可拉伸性能主要通过应变工程技术将不可拉伸的无机材料(如:金属)附在弹性衬底上,金属得以扩展。然而,这种技术制造方法复杂昂贵,并且能实现的拉伸性难以达到电子皮肤高拉伸性的要求。目前最常见的方法是在绝缘弹性基底中嵌入导电填料以形成导电复合材料,但在稳定性和小型化方面依然存在不足。

2.耐久性

其次,提高电子皮肤材料在持续变形下的耐久性也是一大难点。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。

3.封装

封装也是电子皮肤制作过程的难点,其作用之一是保护电子元件免受物理和化学侵蚀,同时保持柔韧性和可伸缩性。不同的内部功能材料对化学物质、温度等因素的敏感性不同。因此,根据内部功能材料选择封装材料至关重要。

04

柔性触觉传感器

1.柔性传感器

柔性触觉传感器是电子皮肤中最重要的传感元件之一。传感技术是机器人感知环境的基础,触觉传感器可以通过物理接触获得物体表面的相关特性,并将外界的信号转化为物理信号。传统的触觉传感器以各种刚性材料为敏感元件,存在笨重和硬脆的缺点;柔性触觉传感器则具备类似于人类皮肤的柔韧性,可以适应任意载体形状,更利于测量物体表面受力信息、感知目标物体性质特征。

电子皮肤的触觉传感器是一种模仿人类皮肤触觉功能的高科技产品,它们能够感知和响应多种物理刺激。这些传感器的开发是为了增强机器人技术、假肢、可穿戴设备和其他智能设备的功能和互动性。在电子皮肤中,柔性传感器的应用尤为关键。它们提供了必要的机械适应性,使电子皮肤能够模拟真实皮肤的柔软性和伸缩性。这种模拟不仅在触觉反馈上更加逼真,而且大大增强了电子皮肤的舒适度和实用性,使其在医疗、机器人技术、可穿戴设备等领域的应用更加广泛和有效。

2.柔性传感器对于电子皮肤的重要性

柔性传感器是触觉传感器的一个子集,是一类特殊的传感器,在电子皮肤的应用中扮演着至关重要的角色,其显著特点和重要性体现在以下几个方面:

(1)高度适应性

高度适应性是柔性传感器的一个核心特点。这些传感器因其能够贴合各种形状的表面而被广泛应用,尤其是在模拟人体皮肤的应用中表现突出。这种适应性使柔性传感器能够在弯曲或伸展的状态下仍然保持其功能性,从而在各种复杂环境中发挥作用。这一特性的实现,主要依赖于精心的设计和材料选择。

(2)材料选择

材料选择上,柔性传感器通常采用聚合物、薄膜、纳米材料和柔性电子元件等材料。这些材料的选择关键在于它们能够在保持电气性能的同时进行弯曲和伸展,从而实现传感器的柔性和功能性。这样的材料组合不仅提高了传感器的灵活性,还确保了其在各种应用中的高效性和可靠性。

(3)结构设计

在结构设计方面,为了进一步增强柔韧性和轻便性,柔性传感器通常采用薄膜、织物或其他轻薄柔软的结构。这种结构设计使得传感器不仅轻便,而且能够提供足够的弹性和柔软性,从而使其能够轻松贴合于不规则的表面,如人体皮肤。

柔性传感器是近年来电子技术领域的一项重要创新,并且柔性传感器对于电子皮肤的成功实现至关重要。没有它们,电子皮肤将无法有效地模拟真实皮肤的物理特性,限制了其在实际应用中的适用性和舒适度。随着技术的发展,柔性传感器的重要性只会增加,特别是在追求更加高级和逼真的电子皮肤系统时。

3.柔性传感器结构及材料

柔性传感器的结构通常包含多层:从底部开始,第一层是传感器的基底,使用的材料包括聚酰亚胺(PI)、聚酯(PET)、聚醚醚酮(PEEK)、纸张和可弯曲的玻璃等。第二层是介电层,使用了氧化铝(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)、聚乙烯醇(PVA)和聚偏二氟乙烯-四氟乙烯(PVDF-TFE)等材料。第三层是传感器的接触点,包括了金属薄膜、氧化铟锡(ITO)、石墨烯、氮化镓铟(EGaIn)和纳米银线(AgNWs)等材料,最顶层是传感区。如下图所示:

柔性传感器的基底材料是构建电子皮肤的基础。它们不仅需要具备足够的柔韧性以适应不同的弯曲和伸展,还必须保持耐用性,以承受反复的机械应力。此外,基底材料应具有良好的生物相容性和导电性,以便无缝地集成到电子皮肤的电路中。

传统的基底材料如硅胶和聚酰亚胺已经被广泛研究和使用,因其优异的机械特性和化学稳定性。硅胶提供了优良的柔韧性和伸缩性,而聚酰亚胺则以其高温稳定性和电绝缘性著称。除了这些传统材料,最新研究还在探索使用生物降解材料,如聚乳酸和聚己内酯,以提高环境可持续性并减少电子废物。

随着材料科学和微加工技术的发展,柔性传感器的结构和材料选择日益多样化。新材料如石墨烯和导电高分子正在被研究以提高灵敏度和信号传输效率。同时,为了实现更好的模拟人类皮肤的触觉反馈,研究人员也在致力于将温度和湿度传感功能集成到电子皮肤中。

4.柔性传感器分类

按照转换信号原理的不同,柔性传感技术主要分为电容型、电阻型、压电型等。

(1)电容型

原理是将单个触元的上、下电极嵌入电极层,通过间隔层隔开,形成平行板电容器。当通过触点与外界接触,两电极间隔发生改变并且生成电容信号,经过解算可得知整个触觉传感器上表面的受力情况。

(2)电阻型

原理是将压力变化转换成电阻或者电流的变化,目前柔性传感技术较为成熟的一种,应用领域也更加广泛。根据检测原理,可以细分为压阻式柔性传感和电阻应变式柔性传感两种机制。①压阻式:利用单晶硅材料压阻效应制成,主要用于检测压力、拉力以及可以转变为力的变化的其他物理量;②应变式:以电阻应变计为转换元件的传感器,将工程构件上的应变(即尺寸变化)转换成为电阻变化的变换器,由弹性元件和敏感单元组成,敏感单元是核心。

(3)压电型

原理为压电材料在受压力时产生正负相反的电荷,且电荷数量与材料所受到的力呈正相关,也就是该种触觉传感器可以自发电,这使其具有广泛的应用前景。描述压电材料压电性能最重要的参数是压电常数,体现压电材料将机械能转化为电能或者将电能转化为机械能的能力,越大越好。

5.柔性传感器制造技术

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。除了下面提到的印刷技术外,还有一些其他技术可归类为接触式和非接触式印刷技术。所有这些技术的优点包括制造成本低、生产速度快。以下是详细介绍的几种主要的柔性传感器制作技术:

(1)丝网印刷

丝网印刷是一种古老的技术,以其在不同类型基材上的易定制性、操作简便、高质量印刷、图案的高耐用性和墨水的高动态性而著称。例如,利用这种技术在纸基上印刷石墨烯纳米片,制作用于低成本射频识别和感应应用的偶极天线。这些设备小巧、结构简单,具有较高的电导率。另一项研究使用丝网印刷技术在PET基材上印刷银墨水,制作应变传感器,这些传感器对于分析动态特性表现出卓越的应变感应结果和高稳定性。

(2)喷墨打印

喷墨打印是另一种广泛用于开发高效柔性传感器的印刷过程。其优势包括低制造成本、易于定制、无需专业知识、无需预热时间以及高质量的印刷图案。例如,利用喷墨打印技术在Kapton薄膜上制造基于石墨烯的场效应晶体管(FET)生物传感器。这些传感器在不同浓度的生物制剂中呈现出线性响应,显示出优异的灵敏度和选择性。

(3)激光剥离

激光剥离或激光诱导是发展柔性传感器的第三种流行技术,包括使用不同类型的激光处理前驱聚合物材料。这些激光的类型根据传感应用所需电极的特性而变化。例如,利用激光剥离技术从商用聚酰亚胺薄膜制造LIG基盐度传感器,用于检测不同天然水体中的盐分浓度。

(4)3D打印

3D打印是一种新兴的制造技术,以其高定制性、最小化电子废物、易于访问和轻质部件等独特优势而受到关注。3D打印技术还用于开发用于软体机器人的高度各向异性和柔性传感器,显示出对于开发高度可定制和多功能的3D打印传感器系统的巨大潜力。

05

柔性传感器竞争格局

1.欧美拥有成熟的传感器产业链,亚太地区呈快速增长态势

以区域角度划分,欧洲、美国、日本等地拥有良好的技术基础,产业链上下配套成熟,几乎垄断了“高、精、尖”智能传感市场。根据中国物联网研究院发布的《中国智能传感器产业发展报告》援引赛迪顾问数据,美国、欧洲、日本三区域合计占据了市场92.8%的产值,亚太地区也占据一定市场份额,并且近年来呈现出快速增长态势。

2.国内厂商多处于早期布局阶段,面临技术和市场的双重挑战

国内企业中,能斯达、帕西尼传感、力感科技等诸多公司均有柔性传感器生产布局,但均处于早期,多功能柔性触觉传感技术仍是国内“卡脖子”技术。人形机器人的需求驱动有望加速国产品牌技术进阶,国内厂商逐步跟进传感器产业发展趋势。

06

柔性传感器市场规模

1.中国智能传感器市场规模超千亿元,增速高于全球平均水平

全球市场:据中国物联网研究院发布的《中国智能传感器产业发展报告》,全球总量上看,2022年全球智能传感器市场规模为418.6亿美元,预计2025年全球智能传感器市场规模将达到572.5亿美元,预计未来三年CAGR达到11%。

国内市场:我国智能传感器市场规模快速增长,据中国物联网研究院发布的《中国智能传感器产业发展报告》,2019-2022年我国的智能传感器市场规模从783.9亿元上升至1154.4亿元,2025年我国的智能传感器市场规模有望达到1795.5亿人民币,预计未来三年CAGR约为15.86%,高于全球平均水平。

2.柔性传感器在消费电子、医疗保健、汽车、工业自动化等领域的广泛应用将推动市场规模的增长

根据智研咨询,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。QY Research预测2029年全球柔性触觉传感器市场规模将达到53.2亿美元,测算2022-2029年复合增长率约为15.6%,医疗及机器人领域需求为其增长的主要驱动力。

3.我国柔性传感器市场规模快速增长,并受益相关政策指引

随着国内制造业的升级和智能化需求的增加,柔性传感器在各个领域的应用将不断增加。我国政府一直重视新材料、新能源、新技术等领域的发展,并出台了一系列支持政策。政府的政策支持将进一步推动中国柔性传感器行业的发展与壮大。根据智研咨询显示,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,其中,市场主要分布在华北、中南、华东地区,占比分别为19.84%、34.66%、27.79%。

4.柔性传感器在消费电子领域需求持续增长,人形机器人等新兴领域应用进一步推动市场扩容

中国作为全球最大的电子消费品市场之一,柔性传感器在智能手机、可穿戴设备、智能家居等消费电子产品中的应用持续增长,并将在新兴领域得到进一步发展。例如,中国工业自动化、机器人技术的快速发展将推动柔性传感器在工业应用中的应用增长。根据智研咨询数据显示,2022年中国柔性传感器需求量为4923.1万个,年产量为1634万个,国产化率也在逐步提高,2022年中国柔性传感器国产化率为32.50%。

07

电子皮肤及柔性传感器相关公司

1.汉威科技

汉威科技集团股份有限公司于1998年9月在河南成立,并于2009年10月在深交所创业版首批上市,是国内知名的气体传感器及仪表制造商、物联网解决方案提供商。公司以传感器为核心,将传感技术、智能仪表技术、数据采集技术、地理信息和云计算等物联网技术紧密结合,形成了“传感器+监测终端+数据采集+空间信息技术+云应用+AI”的系统解决方案。

以传感器为核心,打造物联网生态圈持续竞争优势。公司通过多年发展,形成了以传感器为核心、扩展到下游仪器仪表、物联网平台和行业应用的完整物联网生态圈。通过传感器材料、设计、工艺等技术筑高行业壁垒,通过下游仪器仪表和物联网应用扩大业务规模,打通传感器直通应用的市场渠道和信息通道,指引传感器创新发展方向;通过物联网平台和解决方案的高客户粘性,稳固并促进传感器、仪器仪表业务的可持续发展。生态圈各业务品类相互支撑、相互促进,互相赋能,并具备内生成长、有序扩张能力。

传感器、仪器仪表与物联网业务三者高度耦合,彼此赋能。从具体产品来看,公司主营传感器、智能仪表、物联网综合解决方案三大业务。从三者融合发展关系来看,公司作为国内最早能够生产六大门类气体传感器的企业,依托二十余年的技术积累与技术平台优势,不断进行原有产品的升级迭代和新产品的技术研发,提高市场竞争力的同时为下游的仪表和物联网技术平台提供了良好的技术支撑;仪表产品能够发挥传感器创新优势,提高产品毛利率,同时也能产生数据上传到物联网平台;物联网平台也能和仪表相互助力,通过物联网平台在客户的布局,仪表进入客户也更加容易。此外,仪表和物联网的发展又能拉动传感器产品需求,助力研发。

传感器业务持续优化产品结构,并在多领域实现新突破,推动营收高速成长。24H1公司传感器业务继续深耕于传统安防、环保行业,持续提升催化传感器、红外光电传感器等产品性能,部分传感器工艺验证定型投产,产品关键参数指标接近国际先进水平,产品质量进一步提升;公司持续优化传感器业务产品结构,24H1高毛利产品销售占比提升,使得传感器业务毛利率有所提升。在市场拓展方面,在安防市场,公司在催化、MEMS、工业电化学领域加速抢占市场份额,实现同比较大增长;在家电市场,借助传感器+解决方案的优势,市场布局陆续取得成效,家电类传感器实现大幅增长;在汽车市场,公司规划布局了舒适性、安全性、智能化三大产品线,完成AQS、CO2、PM2.5、氢气泄露监测等产品的升级,产品定点取得了新的突破;在医疗市场,24H1公司超声波氧气传感器推向了市场,为后续医疗市场打开了新的局面;24H1传感器业务实现营收1.55亿,同比增长44.61%,公司在多领域实现新突破,有望推动传感器业务继续高速成长。

2.申昊科技

杭州申昊科技股份有限公司成立于2002年,于2020年在深交所创业板上市,是一家长期专注于工业设备检测及故障诊断领域的高新技术企业。公司深耕工业大健康领域,利用传感器、机器人、人工智能及大数据分析技术,为工业设备安全运行和智能化运维提供综合解决方案。公司已开发出具备自主知识产权的智能机器人、智能监测及控制设备等系列产品,可应用于电力电网、轨道交通、油气化工等行业。经过20余年的发展积累,公司已在市场、技术、产品三方面构筑起核心优势,于2020年被工信部认定为国家级专精特新“小巨人”企业。

公司创立之初从事电动自行车性能检测设备业务,自2007年开始由机电设备检测领域向电网智能化改造领域拓展,之后围绕电力系统各环节持续丰富产品结构;随着技术应用的不断成熟,公司产品的应用场景进一步拓宽:

➢2007年,介入智能电网检测设备领域,并于次年完成对油中气体检测设备的研发;

➢2012年,油中气体检测设备进入南方电网,并开启输电监测设备的前期研发工作;

➢2014年,布局智能巡检机器人业务,并在之后陆续进行产品迭代,丰富应用场景;

➢2018年,进军轨交领域,于2022年中标航海城际铁路项目,开启第二增长曲线。

公司主要产品为智能机器人和智能监测检测及控制设备,其产业链可以划分为:上游零部件,中游软硬件、系统集成及解决方案,下游电力电网、轨道交通、油气化工等应用场景。

1)上游核心零部件包括电子元器件、钣金及精加工件、红外热像仪、压板传感器等。以申昊科技产品为例,公司主要产品所需的零部件众多,品类和供应商较为分散,主要原材料市场供应充足、稳定,但机器人所需的三大核心部件控制器、伺服电机和减速机国内发展程度相对较低。

2)中游机器人厂商商业模式:软硬件开发+系统集成,为场景方提供整体解决方案。以申昊科技为例,公司锚定工业大健康主营业务方向,通过软硬件的开发、集成,为行业和用户提供从终端到设备直至系统级的“一站式”综合解决方案。该模式注重企业的品牌与生态建设,产品丰富度和跨行业经验积累是企业竞争力的核心构成。

3)下游多元化,主要是ToB端业务。巡检机器人应用领域集中在电力、轨道交通、油气、数据中心、农业、城市综合治理等特定行业。其中,电力仍然是巡检机器人应用最广、规模最大的领域。申昊科技当前主要产品集中在电力、轨交领域。公司2002年成立后从事电动自行车性能监测设备的研发、销售;2007年进入智能电力监测设备领域并于2015年推出智能巡检机器人,2021年开关室操作机器人也开始有批量订单落地;2018年公司切入轨交领域,开启第二增长曲线。目前,公司形成智能机器人、智能监测检测及控制设备两大业务板块,产品体系完善。

加码轨道交通和生态环境,商业化推进有望贡献订单收入。公司近年来持续拓展机器人和在线监测产品的应用领域和适用场景,其中轨道交通和生态环境作为公司重点开拓方向,其产品与解决方案当前已步入商业化初期。针对轨交运维、巡检和供电等应用场景,公司已经实现了电力领域机器人和在线监测产品应用场景的成功迁移,并新开发了刚性接触网检测机器人等新型品类,用以满足轨交场景下的各项需求。针对生态环境场景需求,公司开发了运维巡检机器人、运维作业机器人以及环保运维平台等产品,能够针对性解决生态站房运维过程中的众多痛点,为后续加速商业化并获得订单奠定了基础。

3.弘信电子

弘信电子是中国领先的柔性印刷电路板(FPC)制造商,专业从事FPC研发、设计、制造和销售。自成立以来,公司长期专注FPC产业,是FPC业界最具成长性的企业之一。2003年公司注册成立,注册资本150万元;2005年公司成立全行业首家企业技术研发中心——厦门市柔性印制电路板工程技术研究中心;2008年入选国家第二批创新型试点企业;2016年入选国家智能制造试点示范项目(全行业首家);2017年A股上市,成为国内柔性电子第一股,启动全国布局;2020年入选国家企业技术中心;2023年成立AI事业部,甘肃天水工厂与庆阳智算中心成立,同年10月,与燧原科技签订战略合作协议,在上海成立研发中心,合作研发算力硬件;2024年4月收购安联通,补全英伟达算力芯片,同年6月,与安联通协作于北京打造绿色算力技术支持中心及研发创新中心。经过20多年的成长和运营,已成为国内技术领先、实力雄厚、产量产值居前、综合实力一流水平的知名FPC制造企业。

凭借自身研发技术、产品质量、供货效率等优势,与众多知名电子产品制造商搭建了稳定的合作关系。1)显示模组、触控模组、指纹识别模组等间接或直接用于小米、OPPO、vivo等智能手机及车载、工控等领域。2)全球中小尺寸显示模组领域,与天马集团、京东方集团、群创光电保持稳定战略合作关系均长达10余年,近年来拓展了华星光电、维信诺、信利光电、深超光电、帝晶光电等客户。3)手机方面,公司与国内主流手机品牌商如小米、OPPO、vivo、荣耀、摩托罗拉等深化合作,提供包括模组配套全方位软板支持,手机直供稳步增长,如公司是荣耀重要的软板一级供应商,软板产品大量供货荣耀手机,并已在荣耀MagicV2折叠机型中进行配套。同时,公司高度重视折叠屏手机业务,早在几年前便开始布局折叠屏的技术和研发,产品已经配套多个品牌多款折叠机型,据公司在互动平台上表示,目前正打样或量产的折叠机品牌客户包括H公司、荣耀、小米、摩托罗拉等。4)汽车电子领域,公司与包括宁德时代在内的知名动力电池生产商开展紧密合作,未来通过逐步扩充产能并将产品线延伸至动力电池软板模组进一步打开下游市场,公司与国内两大车载显示龙头企业深天马、京东方保持密切的合作关系。5)AI算力领域,23年9月公司曾与庆阳市、美图公司、燧原科技、甘肃电信、中电万维签署战略合作协议,合作建设甘肃庆阳智算中心(2000PFlops);同期,与庆阳市、万兴科技、燧原科技、甘肃移动达成合作协议,在甘肃庆阳智算中心(超过3000PFlops),长沙建设智算中心(200PFlops,正在建设),接入“东数西算”算力系统平台。

业绩来看,受宏观经济及下游客户影响,近年来暂时承压,2024年战略性布局有望迎来拐点。1)据CPCA,2013年至2015年公司销售收入位居本土专业FPC制造企业的第一位。近年来本公司仍处于国内FPC行业前茅,是本土专业FPC制造领军企业。据CPCA给出的2022年行业排名中,公司在内资PCB(含硬板)企业中排名第18名。2)业绩方面,公司营收从2020年26.45亿元增长至2023年34.78亿元,截止目前2024年前三季度,公司实现营收44.49亿元,归母净利润0.55亿元,为自2021年来首次转正。其中2022年因国内外经济形势复杂严峻,经济预期悲观以及手机产业创新乏力等外部环境压力,导致消费电子市场需求低迷,公司所处消费电子细分行业产能利用率严重不足,存量价格竞争激烈等挑战,导致营收同比下滑12.81%。2023年公司坚持高订单价值策略,依靠大客户产能放量带动FPC业务增长;同时,公司布局AI算力业务,服务器智造项目建成投产。

4.奥迪威

深耕传感器和执行器领域,国产替代填补行业空白。公司成立于1999年,深耕传感器和执行器领域24载,荣获2023年国家级专精特新小巨人称号,为行业标准《超声波测距传感器总规范》的主要起草单位,产品下游覆盖智能汽车、智能仪表、智能家居、安防、消费电子等五大领域。

1)传感器品类:车载超声波传感器切入德赛西威、豪恩汽车等汽车供应链,实现了对法雷奥(Valeo)、博世(BOSCH)和村田制作(Murata)等国际厂商的进口替代;超声波流量传感器已进入欧洲肯斯塔、美国耐普等国际主流品牌智能水表和气表厂商的供应链(Tier1)。

2)执行器品类:安防报警发声器一直作为易爱电子、BRK等国际主流品牌的安防报警系统中的核心部件;雾化换能器及模组被科高电器、呼博仕等国内知名品牌广泛使用。

公司为少数具备从核心材料到解决方案的全流程自主研发能力的传感器件及解决方案提供商。目前已建立一个省级企业技术中心、两个省级工程技术研究中心,截止2024年4月26日,共拥有授权专利257项,其中发明专利44项,获得国家知识产权优势企业荣誉。

公司在智能传感器和执行器行业深耕超过20年,顺应市场需求完善产品矩阵及工艺,已成为国内超声波传感器和执行器细分领域的技术领先企业之一,发展历程可分为三个阶段:

1)1999-2003年:业务导入期。公司成立于1999年,以进口替代为经营理念,主推应用于安防领域的报警发声器。2002年,公司建立超声波传感器生产线,次年成功进军汽车电子领域。

2)2004-2016年:产品开拓期。2006年,公司超声波传感器进入智能仪表市场,两年后获取汽车厂商Tier2供应商资格,切入国内汽车制造前装供应链,实现了对法雷奥、博世和村田制作等国际厂商的进口替代。2014年奥迪威肇庆厂区投产,产能大幅提升,在2015年起草的《超声波测距传感器总规范》成为国家行业标准。

3)2017至今:技术升级期。2019年,5G介质波导滤波器、AGV自动避障技术方案、超声波标准雾化模组等重点项目成功投产,加快产品技术升级迭代。2022年,公司成功于北交所上市,2023年,公司荣获国家级专精特新“小巨人”称号。

08

人形机器人为柔性触觉传感器带来新增量

1.特斯拉Optimus已具备夹持鸡蛋/折叠T恤等能力,手部精细化程度显著提升

2023年12月13日,特斯拉通过X平台发布OptimusGen2demo视频,机器人已具备夹持鸡蛋的能力,灵巧手自由度增加到了11个,并且配备触觉传感器;2024年1月16日,特斯拉再度更新Optimus最新进展,机器人已具备从衣服盒中取出T恤、在桌上平铺衣物、连续折叠衣物等一系列精细化动作,手指指尖的精细化操作能力再度提升。

2.除手指部位外,人形机器人的其他触碰外界物体的部分均有应用潜力

手之所以作为最前端的交互,是因为在日常生活中,指尖是机器人与外界进行交互过程中对精细化操作频率的要求最高的部位。除了手指尖部位,机器人的脚尖、肩膀、膝盖、臀部、后背等能触碰到外界物体的部位均有可能用到电子皮肤。它的功能不是进行轮廓的识别,或布置密集的点位,而是感知周围的碰撞情况,进行危险情形的规避;或者像足部,柔性传感器主要是起到重心监测的作用,例如足部在与环境接触时监测是否会打滑。

3.2030年全球人形机器人行业市场规模有望超过200亿美元,为柔性触觉传感器带来新的增量空间

根据GGII预测,到2026年全球人形机器人在服务机器人中的渗透率预计将达到3.5%,市场规模超过20亿美元。预计到2030年,全球市场规模有望超过200亿美元。参考中国服务机器人市场约占全球市场25%的数据,预计到2030年,中国人形机器人市场规模将达到50亿美元。触觉传感器技术的进步在机器人领域催生了更灵活、智能的机械手,为特定任务的执行提供了新的可能性。触觉传感器有望成为更多智能系统的重要组成部分,为人机交互提供更为自然和智能的体验,多维度的触觉传感系统或将成为人形机器人的“第二感官”。

09

参考研报

1.弘则研究-智造行业精粹:人形机器人穿上电子皮肤

2.华泰证券-工业行业人形机器人系列:力敏电子皮肤

3.广发证券-通用设备行业:电子皮肤,机器触觉进化方向,灵巧手的下一解

4.民生证券-机械行业一周解一惑系列:如何实现机器人触觉,电子皮肤与MEMS传感器

5.财通证券-电子皮肤行业深度研究报告:赋予机器人柔性触觉,提升精细化感知能力

6.财通证券-电子行业专题报告:传感器在电子皮肤中的应用

7.国泰君安-人形机器人行业系列报告之三:人形机器人产品方案对比,百花齐放,各擅胜场

8.中原证券-汉威科技-300007-中报点评:传感器在多领域实现新突破,物联网综合解决方案持续拓展应用场景

9.中原证券-汉威科技-300007-中报点评:国内气体传感器龙头深耕主业不断扩展新应用,智能仪表业务持续高成长

10.中信证券-汉威科技-300007-投资价值分析报告:气体冲霄汉,传感显神威

11.华福证券-申昊科技-300853-电网智能化正当时,海陆空隧矩阵完善弄潮AI

12.天风证券-申昊科技-300853-智能机器人“小巨人”,掘金蓝海助力业绩迎反转拐点!

13.华福证券-申昊科技-300853-需求波动导致业绩承压,期待轨交环保放量

14.华西证券-弘信电子-300657-柔性电子领军企业,开启“ALLinAI”壮丽新篇章

15.申万宏源-奥迪威-832491-传感器专精特新“小巨人”,多下游需求驱动成长可期

来源:传感器专家网一点号

相关推荐