人形機(jī)器人風(fēng)云再起。

近期，馬斯克再度在社交平臺(tái)上分享了一段最新視頻，展示了特斯拉正在研發(fā)的 Optimus 人形機(jī)器人的流暢步行能力。2024年以來(lái)，特斯拉已經(jīng)于1月16日、1月31日、2月24日三次發(fā)布Optimus的視頻，性能持續(xù)迭代升級(jí)，這將持續(xù)帶動(dòng)人形機(jī)器人行業(yè)的發(fā)展。

此外，日前英偉達(dá)、微軟、亞馬遜、英特爾、三星、LG、OpenAI等科技巨頭，紛紛入股投資一家人形機(jī)器人初創(chuàng)科技企業(yè)Figure AI，后者在新一輪融資中籌集約6.75億美元(約48.5億人民幣)。本次融資完成后，F(xiàn)igure AI估值為26億美元(約186億人民幣)。

國(guó)內(nèi)方面，智能機(jī)器人公司宇樹科技Unitree宣布完成近10億元B2輪融資，本輪投資方包括美團(tuán)、金石投資、源碼，老股東深創(chuàng)投、中網(wǎng)投、容億、敦鴻和米達(dá)鈞石跟投。宇樹科技Unitree表示，資金將主要用于產(chǎn)品研發(fā)，業(yè)務(wù)拓展以及團(tuán)隊(duì)搭建等方面。人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，進(jìn)入加速增長(zhǎng)期。

傳感器：人形機(jī)器人感知核心部件

早在2021年，國(guó)家發(fā)布“十四五”規(guī)劃，在這份事關(guān)中國(guó)未來(lái)5年經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要文件中，傳感器與高端芯片、操作系統(tǒng)、人工智能關(guān)鍵算法等并列，是建設(shè)數(shù)字中國(guó)的關(guān)鍵技術(shù)，而智能傳感器核心制造技術(shù)——微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)(MEMS)，也被列入“十四五”規(guī)劃科技前沿領(lǐng)域攻關(guān)技術(shù)中。

傳感器作為人形機(jī)器人感知系統(tǒng)的核心部件，是靈巧手智能化的基礎(chǔ)。人形機(jī)器人傳感器檢測(cè)對(duì)象不同分為內(nèi)部傳感器和外部傳感器。內(nèi)部傳感器：用來(lái)感知機(jī)器人的自身狀態(tài)的傳感器，比如位置、速度、加速度。外部傳感器：用以感受機(jī)器人周圍環(huán)境、目標(biāo)物的狀態(tài)信息的傳感器，比如視覺(jué)、觸覺(jué)、聽覺(jué)、嗅覺(jué)、溫度、力覺(jué)等。

人形機(jī)器人需要用到多種傳感器，包括力矩傳感器，拉壓力傳感器、編碼器、溫度傳感器、六維力傳感器和慣導(dǎo)傳感器等。其中，慣導(dǎo)傳感器(IMU)是實(shí)現(xiàn)人形機(jī)器人姿態(tài)控制的核心，六維力傳感器是力控、擺動(dòng)穩(wěn)定控制的核心，可精準(zhǔn)測(cè)量隨機(jī)變化的力。

特斯拉OptimusGEN2人形機(jī)器人采用11自由度靈巧手和手指觸覺(jué)傳感器，響應(yīng)更快，要實(shí)現(xiàn)捏雞蛋的操作需要用到多種傳感器的技術(shù)支撐，包括壓力感知、觸力感知和柔性微壓力感知等。

其中六維力/力矩傳感器應(yīng)用于人形機(jī)器人的手腕處和腳腕處，又以六維聯(lián)合加載設(shè)備是高精度六維力傳感器研發(fā)和生產(chǎn)的必要條件。柔性觸覺(jué)傳感器/電子皮膚能夠?qū)崿F(xiàn)與環(huán)境接觸力、溫度、濕度、震動(dòng)、材質(zhì)、軟硬等特性的檢測(cè)，是機(jī)器人直接感知環(huán)境作用的重要傳感器。

MEMS壓力傳感器具有易于批量生產(chǎn)、小型化、成本效益以及易于制造復(fù)雜結(jié)構(gòu)的能力等優(yōu)勢(shì)，例如Superior Sensor Technology的MEMS壓力傳感器集成了包括先進(jìn)的數(shù)字濾波、閉環(huán)控制和基于軟件的壓力開關(guān)等先進(jìn)的功能，可提供精確的運(yùn)動(dòng)控制和靈活的物體操縱能力所需的基本內(nèi)部扭矩和力的反饋。

人形機(jī)器人帶動(dòng)傳感器市場(chǎng)加速發(fā)展

據(jù)國(guó)際機(jī)器人協(xié)會(huì)預(yù)測(cè)，至2030年，全球人形機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模年復(fù)合增長(zhǎng)率將高達(dá)71%。中國(guó)電子學(xué)會(huì)也預(yù)計(jì)，到2030年，我國(guó)人形機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)約8700億元，具備較大的增長(zhǎng)空間。

相關(guān)分析認(rèn)為，人形機(jī)器人是國(guó)產(chǎn)傳感器的新機(jī)會(huì)。隨著人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的擴(kuò)張，傳感器行業(yè)進(jìn)一步擴(kuò)容，全球傳感器市場(chǎng)規(guī)模超萬(wàn)億，我國(guó)高端傳感器仍處于起步階段。而對(duì)國(guó)產(chǎn)替代來(lái)說(shuō)，規(guī)模大的高科技細(xì)分領(lǐng)域，更容易率先實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)替代，而人形機(jī)器人相關(guān)領(lǐng)域傳感器，具備規(guī)模+高科技的效應(yīng)。企業(yè)積極布局人形機(jī)器人相關(guān)傳感器領(lǐng)域，把握時(shí)代機(jī)遇，有望順應(yīng)時(shí)代潮流進(jìn)一步擴(kuò)大高端傳感器國(guó)產(chǎn)化率。

隨著近年來(lái)人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、5G等前沿科技的不斷發(fā)展，傳感器市場(chǎng)需求逐步增長(zhǎng)。根據(jù) Statista 數(shù)據(jù)，2022年全球傳感器市場(chǎng)規(guī)模達(dá)2512.9億美元，2022-2025年CAGR預(yù)計(jì)達(dá)8.04%。 根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)，2020年國(guó)內(nèi)傳感器市場(chǎng)規(guī)模達(dá)2494億人民幣，2020-2025年CAGR預(yù)計(jì)達(dá)20.0%。

當(dāng)前，我國(guó)傳感器市場(chǎng)仍舊由外資主導(dǎo)，國(guó)內(nèi)逐步向高端市場(chǎng)進(jìn)軍。

根據(jù)華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)，2020年全球龍頭企業(yè)如愛(ài)默生、西門子、博世、意法半導(dǎo)體、霍尼韋爾等跨國(guó)公司占據(jù)約60%的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)份額，尤其在高端市場(chǎng)，約80%的傳感器芯片依賴海外企業(yè)。

力傳感器：人形機(jī)器人有望帶來(lái)全新增量

力傳感器能夠幫助機(jī)器人實(shí)現(xiàn)打磨、焊接等精密操作，拓寬機(jī)器人應(yīng)用場(chǎng)景，優(yōu)化國(guó)產(chǎn)廠商于搬運(yùn)、碼垛等傳統(tǒng)環(huán)節(jié)的激烈競(jìng)爭(zhēng)格局。此外力傳感器在人形機(jī)器人中亦有廣泛應(yīng)用，為模仿人類，人形機(jī)器人需精準(zhǔn)測(cè)量關(guān)節(jié)受力情況，因此在手腕和腳踝處需搭載六維力傳感器。

相較于一維和三維，六維力傳感器優(yōu)勢(shì)突出，主要體現(xiàn)在：1)精度顯著提升;2)結(jié)構(gòu)緊湊，適應(yīng)狹窄空間;3)協(xié)調(diào)同步性好。但在性能突出的同時(shí)，六維力傳感器制作難度也較高，其從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)采集、解耦算法的復(fù)雜性等多方面難度均高于一維和三維傳感器。

目前六維力傳感器處于起步階段，市場(chǎng)規(guī)模較小，但未來(lái)隨著六維力傳感器在機(jī)器人行業(yè)的逐步放量，市場(chǎng)規(guī)模有望迅速增長(zhǎng)。根據(jù)我們測(cè)算，中性假設(shè)下預(yù)計(jì)至2030年人形機(jī)器人用力傳感器市場(chǎng)有望達(dá)125億元，其中六維力傳感器市場(chǎng)空間有望達(dá)80億元，將為傳感器行業(yè)帶來(lái)全新增量市場(chǎng)。

多維力傳感器技術(shù)壁壘高，海外廠商占據(jù)主導(dǎo)。

海外供應(yīng)商：國(guó)外成熟的多維力傳感器廠商主要有美國(guó)的AMTI、ATI、JR3、FUTEK，瑞士的 BOTA，德國(guó)的HBM等公司，已開發(fā)出多種商用六維力/扭矩傳感器。

國(guó)產(chǎn)供應(yīng)商：一維度力傳感器技術(shù)門檻不高，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)商眾多;三/六維度力傳感器受到技術(shù)限制，目前國(guó)內(nèi)主要玩家包括坤維科技、藍(lán)點(diǎn)觸控、宇立儀器等，上市公司玩家中東華測(cè)試、柯力傳感等具備一定技術(shù)基礎(chǔ)，逐步開展多維力傳感器的研發(fā)生產(chǎn)。

慣導(dǎo)+視覺(jué)傳感器：實(shí)現(xiàn)機(jī)器人高精度定位和導(dǎo)航

慣性傳感器是一種用于測(cè)量物體的加速度、角速度和傾斜角度等參數(shù)的電子傳感器，包括加速度計(jì)、陀螺儀和慣性測(cè)量單元(IMU)三種，其中IMU是市場(chǎng)份額最大的品類。根據(jù)芯謀研究，2022年國(guó)內(nèi)IMU市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到43.1億元，預(yù)計(jì)2027年達(dá)到75.5億元，年均復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)11.9%。

視覺(jué)傳感器是利用光學(xué)元件和成像裝置獲取外部環(huán)境圖像信息的一類傳感器。從輸出維度的角度來(lái)看，基于視覺(jué)傳感器的感知方法可以分為2D視覺(jué)和3D視覺(jué)兩種。在人形機(jī)器人、自動(dòng)駕駛等高精度要求領(lǐng)域，3D視覺(jué)是目前的主要方向。IMU和視覺(jué)傳感器具有互補(bǔ)性，能夠有效實(shí)現(xiàn)SLAM方案(同步定位與建圖)，完成機(jī)器人定位和導(dǎo)航，未來(lái)均有望受益于人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)趨勢(shì)。

國(guó)內(nèi)慣導(dǎo)傳感器(IMU)與視覺(jué)傳感器上市公司主要包含芯動(dòng)聯(lián)科、敏芯股份、華依科技、奧比中光、舜宇光學(xué)等，具備較強(qiáng)的研發(fā)與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。