电子：从柔性传感到人形机器人触觉革命

投资评级：（）报告日期：推荐维持2025年02月26日 ◼分析师：张伟保◼SAC编号：S1050523110001 电子皮肤市场迅速膨胀，看好相关组件需求扩张 电子皮肤通过模拟人类皮肤的外观、赋予机器人更多感知能力，让机器人变得更加像人。当前全球电子皮肤市场价值正在迅速膨胀，应用场景包括人形机器人、医疗健康监测、智能穿戴设备、智能假肢等多个领域。看好电子皮肤相关产业链：柔性传感器、柔性基材、封装材料、电子皮肤填充物等。 柔性传感器是电子皮肤的核心组件 柔性传感器是电子皮肤的核心组件，同时也是赋予机器人或灵巧手感知力的关键。我们分析了5种市场主流的传感器技术路线，并且拆解了5种常见的传感器制作工艺以供参考。现阶段看，电阻式技术路线相对简单可实现，是较理想的技术路线。 重点关注选择高可行性技术路线、走在产业化前沿的福莱新材和汉威科技 我们梳理了电子皮肤相关产业链上的企业，认为能够率先完成人形机器人用电子皮肤的产业化、制定出新的行业标杆和基准产品的企业将进一步打开成长空间。 经济下行风险产品价格大幅波动风险项目、产线建设不及预期风险下游需求不及预期的风险 2.柔性传感器是电子皮肤的核心组件3.相关标的梳理1.电子皮肤帮助机器人走向仿生人 目录CONTENTS 1电子皮肤帮助机器人走向仿生人 如何定义电子皮肤？ ➢电子皮肤是把机器变成人的核心组件。电子皮肤帮助人形机器人在外观上更接近于人类，同时也赋予机器人皮肤所附带的触觉、感知能力，为机器人带来与人类交互的更多可能。 电 子 皮 肤 市 场 高 速 扩 容 ➢人形机器人市场高速扩容，电子皮肤随之受益。根据高工产业研究院预测，2024年全球人形机器人销售量约为1万台，到2030年销售量将达到61万台/年。而与机器人息息相关的电子皮肤在2024年全球市场总值约为63亿美元，Precedenceresearch预测电子皮肤市场将会在未来十年保持17%以上的年复合增长率，到2034年超过300亿美元。 电 子 皮 肤 的 工 作 流 程 电 子 皮 肤 应 用 场 景 ➢人形机器人领域：当前电子皮肤价值量占机器人总成本比重小，随着电子皮肤从局部（如灵巧手）扩展至全身覆盖，价值量有望提升。 ➢可穿戴设备：电子皮肤可应用于智能手表、健康监测手环等可穿戴设备，实现对人体生理状态的实时监测，为健康管理提供数据支持。也可以应用于微型电脑或处理器。 ➢医疗健康监测：电子皮肤可以用于监测患者的生理指标，如心率、血压、体温等，为疾病诊断和治疗提供重要依据。例如，电子皮肤可以应用于智能绷带、健康监测手环等产品，实时监测患者的生理指标，为疾病预防、诊断和治疗提供重要数据支持 ➢智能假肢：电子皮肤还可以用于康复治疗和义肢制造，帮助患者恢复功能和提高生活质量。电子皮肤赋予假肢更接近真实皮肤的外观和触觉感知能力，提高假肢的灵活性和实用性，帮助残疾人更好地适应日常生活。 资料来源：澎湃新闻，中华网，雷锋网，湖南日报，华鑫证券研究 电 子 皮 肤 的 技 术 难 点 ➢材料层面：电子皮肤需模拟人类皮肤的感知能力（如压力、温度、湿度等），同时兼具柔韧性、延展性、自修复性及生物相容性。目前电子皮肤的实验室产品折叠寿命有限，若用于大规模工业化生产仍需材料学进步。 ➢制造工艺层面：柔性电子器件需在拉伸、扭曲时保持功能稳定，这对材料设计和制造工艺提出极高要求。密集的电子元器件布局需要面对大量外界干扰（如电磁干扰）如何在毫米甚至微米的尺度上进行有效电磁屏蔽也是一个难题。 ➢传感器壁垒：人体皮肤厚度平均在0.5-4毫米，电子皮肤的厚度与人体皮肤相似，这就要求柔性传感器对厚度较好的控制。此外传感器的的研发需要大量传感实验数据和算法累积，进一步增加研发成本。目前各种传感器路线之间存在竞争关系，因此专利卡位也会对后进厂商造成压力。总的来看，以传感器起家的，拥有自研技术和相应专利厂商具有先发优势。 ➢工业化壁垒：目前电子皮肤领域各厂商在选型和设计上百家争鸣，还未出现能够得到市场普遍认可、适合工业化大规模生产的产品。若企业能抢先完成工业化生产，树立起新的行业标准和主流技术路线，将有更大可能性杀出重围。 ➢总的来看，以传感器起家的厂商具有更多先发优势，但这一优势可能会被先行完成工业化的厂商掩盖，因此传感器厂商需要积极寻求下游合作和工业化。反过来说，外围大厂或者工业龙头可能依靠与传感器厂商合作的方式入局，通过注入算法、提供硬件、协助工业化等方式加持电子皮肤。 诚信、专业、稳健、高效 2柔性传感器是电子皮肤的核心组件 传 感 器 结 构 一 览 ➢传感器主要包括传感材料、电极材料、柔性基材三层 传 感 器 结 构 一 览 ➢优点：量程宽、灵敏度高、信号采集系统简单、设计逻辑简单 ➢缺点：在宽量程压力范围内（极低压力和极高压力）信号一致性不佳、国产压阻材料的一致性和长期可靠性与国际水平有差距 ➢斯坦福大学鲍哲南：研制弹性聚合物PDMS，通过把这种材料粘贴到有机晶体管实现读取表面电流变化 ➢RMIT的巴斯卡兰团队：将氧化物涂层与弹性橡胶混合起来制备电子皮肤。在铂和硅层上制备一层薄薄的金属氧化物模型，并在高温下“退火”，使电路既透明又导电。他们将模型嵌入柔软的PDMS中，并将其从铂基上剥离，留下透明的金属氧化物薄膜，用于导电➢剑桥大学的马拉亚拉斯团队：将一种名为1-乙基-3-甲基咪唑硫酸乙酯的离子液体与聚合物结合在一起，由此得到的胶体可以容纳一个金电极和导电聚合物，由此制成了一种凝胶形态的导电材料 资料来源：新浪财经，CSDN，华鑫证券研究 电 容 式 触 觉 传 感 器 ➢优点：传感材料大规模量产一致性高、空间分辨率和灵敏度比电阻式高 ➢缺点：信号采集电路比电阻式复杂、需要电磁屏蔽结构去除外部干扰 压 电 式 触 觉 传 感 器 ➢优点：在宽量程内（极低压力和极高压力），信号的线性度高、PVDF压电材料为单一组分，无需复合材料，大批制造一致性高、PVDF压电材料国产化充分，性能与国际相仿 ➢缺点：仅能测量动态信号，低频相应信号弱（如<0.01Hz)、信号采集电路略复杂，需要高阻抗、电荷放大 光 电 式 触 觉 传 感 器 ➢优点：高分辨率、高灵敏度 ➢缺点：光学系统成本高、长期工作磨损造成信号漂移问题 ➢中国科学院自动化研究所程龙课题组开发了基于光电原理的三维触觉电子皮肤。经过阵列化，传感器可以实现2000个触点的触觉压力检测，单个触点间距可以达到3mm。举例来说，该传感器安装在机械臂末端可以识别一滴水（约0.05g）引起的触觉切向力变化，且可以经受汽车（约1.5t）碾压而不损坏，制作的电子皮肤可以检测到苍蝇运动引起的重量变化 资料来源：信熹研究，华鑫证券研究 霍 尔 效 应 触 觉 传 感 器 ➢优点：高分辨率、高灵敏度、三维力感知➢缺点：结构复杂、体积较大、易受磁场干扰 电极材料 ➢技术壁垒：电极材料的电阻率、厚度，与基底材料的结合力，以及对恶劣环境的耐久度。 诚信、专业、稳健、高效 柔性基材 图表26：柔性基材 ➢技术壁垒：柔性基底材料的弹性、耐久性，与其他组件如电极和传感材料的结合力和匹配度。 诚信、专业、稳健、高效 柔 性 传 感 器 的 制 作 工 艺 3相 关 标 的 梳 理 福莱新材：电子皮肤集成式供应商 ➢电子皮肤集成式供应商：公司立足于传统业务成熟的涂布工艺制备柔性传感器所需的电极和压阻层，利用原有工艺加速规模化生产。公司深耕复合膜领域多年，目前最高能够制备微米级别的透明胶，预计可用于封装和基材层面，未来或可解决仿生皮肤材料问题。传感器领域，公司自研柔性传感器采用电阻式技术路线和蚀刻工艺，适合规模化生产。 ➢提供温度、压力和距离柔性传感器。 ➢工业化进程：柔性传感器中试产线建设中。 ➢公司已经拥有10项传感器领域的技术专利，在行业内形成技术卡位。 图表28：福莱新材专利 图表29：福莱新材专利 资料来源：国家知识产权局，华鑫证券研究 诚信、专业、稳健、高效 福莱新材：电子皮肤集成式供应商 ➢电子皮肤样品问世，实现人机高效互动：公司首次展示电子皮肤/柔性传感器样品，同时将装备柔性传感器的灵巧手向投资者开放。公司灵巧手样品实现了与人手的高效互动。人手在触碰到灵巧手手指部分时，手指将由放松状态及时转为直立，由此基于柔性传感器实现了灵巧手对触觉感知能力的模拟。 ➢与灵心巧手的合作开发：公司发布会期间公开了与灵心巧手在灵巧手方面的合作。灵心巧手公司推出的Linker Hand灵巧手产品最高拥有42个自由度，成为全球自由度最高的商用灵巧手产品。 汉威科技：传感器行业的“百货商场” ➢核心技术与产品：1998年研制出第一款天然气传感器产品，公司深耕气体传感器、车用智能仪表、车用传感器等领域多年，是国内气体传感器龙头。在柔性传感器领域，汉威科技已构建稳定的纳米敏感材料体系，掌握了柔性压阻、柔性压电、柔性电容、柔性汗液四大核心技术。公司形成了柔性压力传感器、柔性压电传感器、柔性织物、柔性应变传感器、柔性温湿度传感器、柔性热敏传感器、柔性电容传感器等七大产品系列。 ➢柔性触觉传感器产品性能：➢超轻薄：厚度小于0.3mm。➢超柔韧：反复弯曲100万次仍可正常工作。➢超密集：可集成100个传感点/cm²，分辨率高。➢超灵敏：能够精准检测羽毛轻轻拂过的力度。➢超快速：从接触到响应只需不到1毫秒。➢可剪裁：可更好地贴合终端产品，满足个性化需求 汉威科技：传感器行业的“百货商场” ➢产业链布局丰满，但电子皮肤表面材料缺位：汉威科技投资了包括主营激光传感器业务的威晶光电；具备MEMS芯片设计、制造、封测的嘉兴纳杰以及与柔性传感器互补的韧和科技等项目。叠加上汉威科技本身的传感器制造能力和专利累积，使得汉威科技打通了电子皮肤领域除皮肤表面材料外的每一环。因此我们认为汉威科技后续收并购的重要潜在目标是具有仿生皮肤或柔性基材生产能力的新材料企业（塑料或者硅胶领域）或者直接参股机器人整机企业。通过补齐短板，汉威科技可以集齐电子皮肤所需的全产业链。 柯力传感：国内力学传感器龙头 ➢柯力传感是国内力学传感器龙头，是智能传感器领军企业，产品包括流量计、车载系统、粮食水分仪、物联网电子称重仪等。在机器人领域，公司布局了多维力传感器、关节力传感器、微型力传感器，此外公司还有工业用压力传感器、惯性传感器等，未来或可向机器人应用转移的产品和技术。 ➢产业化进程：目前公司正在积极研发六维传感器。 ➢人形机器人领域拳头产品：六轴传感器。公司已成功开发六维力/力矩传感器系列产品，用于测量xyz三个轴向上的力的大小与方向，包括测量力量与扭矩。该产品主要应用于人形机器人的手腕、脚腕、工业机械臂末端等关键部位，实现了对复杂力与扭矩的高精度测量。其六维力传感器在结构设计、标定系统精度方面具备技术壁垒，尤其适合高强度的工业应用场景，例如协作机器人对承重和精准操作的需求。 麦 格 米 特： 全 球 首款M F S系列 柔 性 光纤 传 感 器 ➢柔性光纤传感器MFS系列：麦格米特开发的MFS系列柔性光纤传感器在2019年成功量产，该系列传感器具有超高精度和高信号强度，抗电磁干扰和原子辐射的能力，耐水、耐高温、耐腐蚀、耐化学性能等优点。 ➢传感过程：传感原理类似于光电式，解调模块控制光源发光，光源发出的光进入传感头，经过传感头弯曲调制的光进入光电探测器产生电信号，最后由解调模块采集处理信号。 ➢产业化进程：该产品已经于2019年成功量产，被用于VR数据手套、医疗健康监测、智能穿戴设备、机器人手臂和关节运动捕捉系统等。 安培龙：MEMS硅压阻式压力传感器 ➢传感器全产业链：公司构建有领先的智能传感器高端研发平台，自主掌握从材料到芯片到传感器全产业链关键核心技术；公司践行“多产品、梯次化布局”的发展思路，产品布局包括成熟产品线温度传感器和热敏电阻，战略产品线陶瓷电容式压力传感器及储备产品线MEMS压力传感器、氧传感器等。