世界のソフトロボティクス向け材料技術の成長機会

世界のロボット企業は、新しいソフトロボット部品を設計するために、パートナーシップや協働関係を築き続けています。M&A、特に特別目的買収（SPAC）は、革新的なソフト材料ソリューションの開発を促進させています。高齢化社会の拡大、より優れた自動化ソリューションの必要性、積層造形の影響の拡大、新たな応用機会などの要因が、ソフトロボット材料技術の成長を後押ししています。

当レポートでは、ロボット工学に組み込むことができる新興および未来型のソフトロボット材料について調査分析し、様々な技術的側面、最終用途、技術動向と機会、業界の利害関係者エコシステムのダイナミクスを捉えています。また、上位の材料を調査し、これらの材料の優位性をレンダリングする要因を含む比較ベンチマークを提供しています。

目次

戦略的必須要項

• The Strategic Imperative 8（TM）
• 成長がますます困難になっているのはなぜか？
• ソフトロボティクス用材料産業に対する上位3つの戦略的必須事項の影響
• 成長機会がGrowth Pipeline Engine（TM）を促進
• 調査手法

成長機会分析

• テクノロジーダッシュボード
• 調査範囲とセグメンテーション
• 調査範囲とセグメンテーション、調査目的
• 促進要因
• 抑制要因

業界概要

• インダストリー4.0は、ロボティクスに焦点を当てた自動化の開発ペースを促進します
• ソフトロボティクスの進歩は、AMに適した材料の進歩にかかっている
• ロボットを製造するための機械的強度の高い柔軟で調整可能な材料の使用の増加
• 特定の産業要件は、ソフトロボティクスを構築するための高度な材料需要を設定します
• 規制は、マシンインテリジェンスをソフトアクチュエータに組み込んで高性能を達成することを目的としています
• ソフトロボティクスと材料開発のマイルストーン
• 研究機関と材料提供者は、ソフトロボティクス部品の設計に関する意思決定において主要な役割を果たします
• 学界とプロバイダーが協力して、革新的なロボティクスのソフトマテリアルを探求

技術分析

• ポリマーは、独自の属性を付与することにより、ソフトロボティクスにおける高度な材料の使用を形成します
• エラストマーは、ロボットコンポーネントの柔軟性と伸縮性を高め、弾力性を示します
• 金属や合金の中でも、ソフトロボティクスメーカーは、そのユニークな特性によりSMAに関心を持っています
• 自然にインスパイアされた組織と微生物は、より良い機械を作るために使用されます
• ナノ構造は、自動化されたタスクを実行するためのより優れた移動を備えたソフトロボットマイクロマシンを強化します
• 製造の種類により使用する材料の種類が決まります
• さまざまな製造および製造方法により、全体的なアプリケーションを備えたインテリジェントなソフトロボットが保証されます
• ポリマー材料とエラストマー材料が、さまざまな業界のロボットアクチュエーションのソフトマテリアルバンドワゴンをリード

イノベーションエコシステム

• ソフトロボティクス用ポリマーとエラストマーの研究開発活動
• ソフトロボティクス用合金とナノ構造の研究開発活動
• ソフトロボティクス用バイオハイブリッドと人工組織の研究開発活動
• ポリマーとエラストマーの商業化されたイノベーション
• 合金とナノ構造の商業化されたイノベーション
• ロボティクス企業は、新しいソフトロボティクスコンポーネントを設計するために、パートナーシップとコラボレーションを構築し続けています
• テクノロジーへのアクセスを得るための合併と買収

知的財産分析

• ポリマーとエラストマーは、ソフトロボティクス材料に関する調査論文で優位を占めています
• 合金とナノ構造がソフトロボティクス材料の特許出願をリード
• USPTOと中国の特許庁が過去3年間のIP出願をリード
• ソフトアクチュエーターは特許出願の焦点であり続ける

資金調達と投資分析

• 投資家は、高速移動を強化するために、誘電性エラストマーなどのソフトロボティクス材料に大きく賭けています
• 北米とアジア太平洋での資金調達イニシアチブは、それぞれソフトロボットコンポーネントの開発と新素材に焦点を当てています
• 受益者は、ロボティクスの運用要件に適合するソフトマテリアルの構築を優先します
• ソフトロボティクスの資金調達が増加し、より柔軟なプログラム可能な材料を探索
• ソフトロボティクス材料のVCおよび助成金イニシアチブは、ロボティクスにおけるソフト材料の実証と商品化を目的としています

今後の展望

• 適切なソフトマテリアルを実現する鍵は、コスト削減と材料性能の向上です
• 革新への意欲と競合の存在が、ソフトロボティクスで有用な材料を提供するための主な意思決定者です
• ニーズに合わせて未来コンセプトの調査が増加
• アクチュエーションとグリッピングが特許取得と資金調達のイニシアチブをリード
• アナリストの視点

成長機会領域

• 成長機会1：診断と治療のための摂取可能なソフトロボティクス
• 成長機会2：汎用性を提供する、切り替え可能、プログラム可能、および再構成可能なロボティクス
• 成長機会3：自然と産業自動化を融合させるバイオミメティックおよびバイオインスパイアード材料
• 成長機会4：ソフトロボティクス製造のためのデジタル技術

付録

次のステップ

Smart Materials Gain Prominence in Manufacturing Soft Robotic Components and Parts

To promote safe interactions between humans and robots, the discipline of soft robotics incorporates low modulus yet highly dexterous materials into robotic systems. Easily deformable materials like polymers, elastomers, alloys, biohybrids, and nanostructures in the form of fluids, gels, soft electronics, and wearables (with elastic and rheological qualities similar to biological tissue and organs) make up most soft robots. The new class of elastically flexible, adaptable, and biologically inspired materials for robots has the potential to transform their use in manufacturing, logistics, healthcare, and a range of human support functions.

Industrial robots are fast and precise systems based on rigid-body mechanisms, which ensure high throughput in the production of manufactured goods. However, the emergence of Industry 4.0, need for better technical capabilities, rising workforce costs, and lack of sufficient talent have propelled end users to adopt robotics made of soft materials with new, bio-inspired features that permit morphologically adaptive interactions in unpredictable environments.

As these soft materials evolve, they will be integrated into various industry applications to conduct complex tasks via highly efficient actuators, grippers, modules, and sensors. Soft materials could also solve various robotics design challenges, especially to achieve a balance of precision, force exertion, degrees of freedom, and structural compliance. One of the biggest issues in robotics is creating simple and secure interfaces between robotic devices and humans. Improving complexity and versatility in useful soft materials to mimic human muscles and tissues for adaptability and integration is pivotal.

This This Frost & Sullivan study explores emerging and futuristic soft robotics materials that can be incorporated into robotics. The research captures various technical aspects, end applications, technology trends and opportunities, and dynamics in the industry stakeholder ecosystem. It also explores the top materials and offers comparative benchmarking, including factors that render the superiority of these materials. The report delivers a deep dive into the intellectual property and financing backdrop for soft robotics materials.

Frost & Sullivan has identified key categories of soft robotics materials, segmented as follows:

• Soft polymers (hydrogel, electroactive, ferroelectric, shape memory, self-healing, and other smart polymers)

• Elastomers (silicones, PEDOT:PSS, PDMS, liquid crystal elastomers, and bioelastomers)

• Alloys and metallic materials (shape memory alloys and liquid metals)

• Biohybrids (bacterial, protists, tissues, biopolymers, and biomimetics)

• Nanostructures (carbon nanotubes, graphene, buckyballs, and other nanocomposites)

Robotics firms continue to forge partnerships and collaborations to design new soft robotics components. Mergers and acquisitions, specifically special purpose acquisitions (SPACs), have sparked the development of innovative soft material solutions. Factors such as the expanding aging population, need for better automation solutions, the growing impact of additive manufacturing, and emerging application opportunities are accelerating the soft robotics materials technology landscape.

Key Questions This Study Explores:

• Which materials are top-notch candidates for use in soft robotics?

• How have the materials' developmental milestones emerged?

• What are the regional technology and market trends in soft robotics materials development?

• What is the state of the soft robotics materials value chain and who are the key decision-makers?

• What are the main manufacturing routes to obtain soft materials for robotics?

• What R&D and commercialization initiatives are underway to explore new soft materials and for which robotics parts or components?

• What are the IP and funding scenarios for soft robotics materials?

• What are the growth opportunities for technology developers in the soft robotics materials arena?

Table of Contents

Strategic Imperatives

• The Strategic Imperative 8™
• Why Is It Increasingly Difficult to Grow?The Strategic Imperative 8™: Factors Creating Pressure on Growth
• The Impact of the Top 3 Strategic Imperatives on Materials for the Soft Robotics Industry
• Growth Opportunities Fuel the Growth Pipeline Engine™
• Research Methodology

Growth Opportunity Analysis

• Technology Dashboard
• Research Scope and Segmentation
• Research Scope and Segmentation and Questions the Study Answers
• Growth Drivers
• Growth Restraints

Industry Overview

• Industry 4.0 Fuels the Developmental Pace of Automation Focused on Robotics
• Progress in Soft Robotics Would Depend on the Advancement of Materials Amenable to AM
• Increasing Use of Soft Tunable Materials with High Mechanical Strength to Fabricate Robots
• Increasing Use of Soft Tunable Materials with High Mechanical Strength to Fabricate Robots (continued)
• Specific Industrial Requirements Set Advanced Material Demand to Construct Soft Robotics
• Regulations Aim to Embed Machine Intelligence into Soft Actuators to Achieve High Performance
• Milestones in Soft Robotics and Materials Development
• Research Institutes and Material Providers Play a Main Role in Decision-making on the Design of Soft Robotics Parts
• Academia and Providers Collaborate to Explore Innovative Robotics Soft Materials

Technology Analysis

• Polymers Shape the Use of Advanced Materials in Soft Robotics by Imparting Unique Attributes
• Elastomers Enhance the Flexibility and Stretchability of Robotic Components to Showcase Resilience
• Among Metals and Alloys, Soft Robotic Manufacturers are Interested in SMAs Owing to Their Unique Characteristics
• Nature-inspired Tissues and Micro-organisms See Use to Make Better Machines
• Nanostructures Empower Soft Robotic Micromachines with Better Locomotion to Conduct Automated Tasks
• The Type of Manufacturing Determines the Type of Material to Use
• Various Manufacturing and Fabrication Methods Ensure Intelligent Soft Robots with Holistic Applications
• Polymeric and Elastomeric Materials Lead the Soft Materials Bandwagon for Robotic Actuation across Industries

Innovation Ecosystem

• R&D Activities in Polymers and Elastomers for Soft Robotics
• R&D Activities in Alloys and Nanostructures for Soft Robotics
• R&D Activities in Biohybrids and Artificial Tissues for Soft Robotics
• Commercialized Innovations in Polymers and Elastomers
• Commercialized Innovations in Alloys and Nanostructures
• Robotics Firms Continue to Forge Partnerships and Collaborations to Design New Soft Robotic Components
• Mergers and Acquisitions to Gain Technology Access

Intellectual Property Analysis

• Polymers and Elastomers Dominate in Research Publications on Soft Robotics Materials
• Alloys and Nanostructures Lead in Patent Filings for Soft Robotics Materials
• USPTO and Chinese Patent Offices Lead IP Filings in the Last 3 Years
• Soft Actuators Remain the Focus in Patent Filings

Funding and Investment Analysis

• Investors Bet Big on Soft Robotics Materials, such as Dielectric Elastomers, to Reinforce Rapid Locomotion
• Funding Initiatives in North America and Asia-Pacific Focus on Soft Robotic Component Development and New Materials, Respectively
• Beneficiaries Prioritize Building Soft Materials that Conform to Robotics' Operational Requirements
• Soft Robotics Financing Increases to Explore Softer Programmable Materials
• VC and Grant Initiatives in Soft Robotics Materials Aim to Demonstrate and Commercialize Soft Materials in Robotics
• VC and Grant Initiatives in Soft Robotics Materials Aim to Demonstrate and Commercialize Soft Materials in Robotics (continued)

Future Outlook

• Cost Reduction and Material Performance Enhancement, the Key to Achieving Right Soft Material
• Drive for Innovation and Presence of Competition Are Main Decision-Makers to Render a Material Useful in Soft Robotics
• Research for Futuristic Concepts Increases to Meet Needs
• Research for Futuristic Concepts Increases to Meet Needs (continued)
• Actuation and Gripping Lead Patenting and Financing Initiatives
• Actuation and Gripping Lead Patenting and Financing Initiatives (continued)
• Analyst Perspectives
• Analyst Perspectives (continued)

Growth Opportunity Universe

• Growth Opportunity 1: Ingestible Soft Robotics for Diagnostics and Treatments
• Growth Opportunity 1: Ingestible Soft Robotics for Diagnostics and Treatments (continued)
• Growth Opportunity 2: Switchable, Programmable, and Reconfigurable Robotics to Offer Versatility
• Growth Opportunity 2: Switchable, Programmable, and Reconfigurable Robotics to Offer Versatility (continued)
• Growth Opportunity 3: Biomimetic and Bioinspired Materials to Converge Nature with Industrial Automation
• Growth Opportunity 3: Biomimetic and Bioinspired Materials to Converge Nature with Industrial Automation (continued)
• Growth Opportunity 4: Digital Technologies for Soft Robotics Manufacturing
• Growth Opportunity 4: Digital Technologies for Soft Robotics Manufacturing (continued)

Appendix

• Technology Readiness Levels (TRL): Explanation

Next Steps

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• Why Frost, Why Now?
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