全球人造肌肉市场 规模与份额分析 - 增长趋势与预测 (2024-2031)

全球人造肌肉市场的价值 2023年2,107万美元 预计将达到 2031年前为4,671.2百万卢比在复合年增长时增长 从2024年到2031年的比率(CAGR)为10.7%.

人工肌肉,又称聚合物凝胶或聚电解凝胶,是凝胶类材料,因应温度,水分,或电信号等外部刺激而发生强烈收缩或扩张. 人工肌肉主要有两种类型——热活性和电活性聚合物. 瑟玛利激活的肌肉使用热来收缩或扩大聚合物凝胶,工作类似于人类肌肉. 电动聚合物肌肉使用电信号或电压变化来启动变形. 这些可以模仿生物肌肉,并在需要快速或微妙运动的地方具有潜在的应用.

人工肌肉相对于传统马达的一些关键优势包括重量轻,灵活性,反应时间,以及功率与重量的比例. 由于它们依靠聚合物收缩和膨胀而不是机械运动,因此相对于体积,它们可以实现极高的力和功率输出. 人工肌肉的一些潜在应用包括机器人,假肢,塑造变化的结构,最小侵入性手术工具,以及人工心脏泵. 然而,缺点包括移动范围有限、耐疲劳和耐久性超过长期使用。 仍然需要进行更多的研究,以优化现有材料和技术,使人造肌肉适合广泛的商业和医疗用途。

全球人造肌肉市场区域透视

• 北美 预计将是预测期内最大的人工肌肉市场,2024年占市场份额的33.6%以上。 特别是,美国是大多数从事人工肌肉技术开发和商业化的顶尖角色的所在地。 政府对该国再生医学和外骨骼研究的支持推动了材料和设计的进步。
• 欧洲 预计是人工肌肉第二大市场,2024年占市场份额的30.4%以上。 市场增长的原因是保健支出高。
• 亚太 预计人工肌肉的市场增长最快,预计在预测期CAGR增长12.2%。 亚太地区市场的增长是由于政府倡议促进机器人和生物等领域的研究,推动了人工肌肉技术的发展。

图 1. 全球人为 肌肉市场份额 2024年按地区分列的百分比

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分析家的意见:

全球人造肌肉市场在不远的将来有着巨大的增长潜力. 由于对人类友好型机器人和假肢的需求不断增加,对人工肌肉的需求预计将大幅增加。 有助于这一市场增长的另一个主要因素是,主要市场参与者越来越多地投资于研发,以开发先进的生物放大器。 然而,与开发生物启发的人工肌肉有关的高昂成本仍然是一种约束.

亚太地区,特别是中国,日本和韩国等国家,由于主要机器人研究机构和制造商的存在,很可能主导人工肌肉市场. 北美仍将是另一个利润丰厚的地区,因为美国公司和研究组织将重点发展假肢和外骨骼。 人造肌肉市场预计将增长最快,因为生物植物研究的资金不断增加。

虽然水凝胶活性剂目前占市场份额的30%以上,但电活性聚合物正在成为有希望的替代品,预计将出现最高增长。 立体印刷和材料科学的进步有助于降低生产成本,并在不久的将来扩大人工肌肉的应用。 软机器人和神经假肢的成功商业化将创造新的机会。 总体而言,随着技术持续创新,医疗保健应用不断增长,软机器人投资不断增长.

全球人造肌肉市场驱动器:

• 对机器人假肢的需求日益增加: 随着受伤、事故和先天性残疾的增加,对机器人假肢的需求稳步上升。 更先进的机器人假肢正在帮助许多人恢复接近正常的流动性和功能. 这些下一代的假肢常常依靠先进的人造肌肉来模仿真正的人类肌肉. 由于对这种先进假肢的需求不断增长,人工肌肉市场正在大幅增长. 有几份报告指出,对假肢的需求日益增加。 根据世界卫生组织(WHO)2021年发表的文章,由于各种原因,全世界每年有超过一百万人被截肢. 美国科学院发表的另一份报告 矫形 2021年的外科医生,各州,仅在美国每年就有约18.5万例截肢病例,预计随着糖尿病和血管疾病越来越普遍,发病率会增加. 随着对与自然对应物相匹配的高端假肢的需求不断增长,预计近期内用于假肢装置、外骨骼和机器人的人工肌肉市场将继续增长。 市场正在从简单的促动器转向真正的生物计量解决方案
• 对高级可穿戴的外骨骼设备的需求不断增加: 近年来,对能够增强人力和耐力的先进可穿戴的外骨骼装置的需求稳步增长。 这些有动力的外基勒顿服使用模仿人类肌肉功能的人工肌肉,从而使穿戴者能够更轻松地完成需要举重或大量体力劳动的任务. 根据世界卫生组织2021年发表的一份报告,由于人口老龄化和慢性病发病率上升,到2050年,全球将有超过10亿人生活在某种形式的残疾之中。 残疾和相关保健问题日益普遍,预计在今后十年内将进一步推动采用有动力的Exoskeleton设备提供医疗和个人援助。 同样,工业部门也将继续在更大程度上接受这种可增强的实力,以应对人口变化引起的不断变化的劳动力挑战。 关键应用领域的这种持续增长的需求将促使人造肌肉市场在不久的将来向前发展。
• 慢性病发病率上升: 由于老龄化、定居的生活方式和其他风险因素,慢性病继续影响全球更多的人口,因此对老年人的需求增加。 辅助技术 将大幅上升。 因此,预计在今后十年里,人造肌肉行业将出现巨大的增长机会。 治疗、康复和老年人护理产品的需求将增加。 根据泛美卫生组织咨询的保健专家的预测,如果不加强预防行动,仅肌肉骨骼状况就将影响到17亿人,到2050年每年将花费1.5万亿美元。 这清楚地说明了迫在眉睫的社会经济负担和对有效解决办法的未得到满足的需求,从而推动了人造肌肉技术市场。

全球人造肌肉市场 机会:

• 新兴经济体拥有大量病人: 世界卫生组织(世卫组织)报告说,非传染性疾病的负担在发展中国家正在急剧增加,预计到2030年,这些国家的心脏病、中风、糖尿病和癌症死亡人数将增加50%以上。 这种迅速增长的非传染性疾病将增加保健部门广泛的新需求,包括对人工肌肉等创新技术带动的辅助设备的需求。 它们的多面性以及较低的成本,使它们吸引着新兴市场应付负担过重的保健系统和日益严重的疾病问题的选择。 如果开发用于特定医疗用途,人工肌肉装置将有助于解决发展中国家日益扩大的治疗差距和经济关切。
• 不断扩大的应用领域: 正在开发小说应用,以改进现有的治疗方法。 例如,人工肌肉泵胃气球正在临床试验中,用于减重管理. 与现有的气球替代品相比,这些替代品随着肌肉动作模仿自然的过敏性反应而有可能更安全,更舒适. 其他应用包括精密的药物输送泵和伤口封闭系统. 人工肌肉带甚至可以嵌入缝隙,以加快手术后的恢复. 此外,研究人员正在研究能够模仿全身器官和身体外代谢功能的人工肌肉. 根据联合国经济和社会事务部发布的报告,2021年,2020年,超过820万人遭受饥饿,气候变化加剧了全球粮食无保障状况. 人工肌肉动力水龙头农场的实验室原型显示,无论天气或土地限制如何,都有可能实现可持续室内作物生产。 这种创新可能在今后提高粮食供应的可靠性和全球健康营养水平。

全球人造肌肉市场 趋势:

• 装置的最小化: 随着人造肌肉的变小,它使得有可能出现无法识别的假肢,这些假肢可以完全隐藏在衣物之下,以及内部植入物,在没有大量外部组件的情况下可以独立操作. 这为辅助器具提供了新的机会,以帮助被截肢者或行动能力有限者恢复自然运动。 它还有助于推动减少侵入性手术技术。 例如,2023年,根据美国FDA发布的一份关于使用外科机器人的报告,使用达芬奇等系统使用小型手腕和关节的机器人手术数量增加了25%. 这些机器人的缩小使得切口更小,病人的恢复时间更快.
• 开发自力系统: 这种自力人工肌肉的趋势正在使这个部门发生革命性的变化,因为这些技术使这些技术明显更加实用和方便用户。 无需改变或充电电池,是指可以依赖其长时间持续运行的自动力肌肉. 这为软机器人外骨骼等有助于身体康复或修复近自然运动的假肢的应用提供了新的机会。 不需要管理外部电源就可以减少维护需求,提高可移植性. 使用自力系统,人工肌肉可以变得较轻,体积较小,因为不需要容纳重电池.
• 智能技术的一体化: 智能技术的整合正在对人工肌肉市场产生重大影响. 随着生物医学工程,纳米技术,机器人和3D打印等领域的进步,研究人员能够开发出创新的人工肌肉设计,紧密模仿自然人类肌肉的特性. 一个例子是导电聚合物人工肌肉的发展. 导电聚合物具有收缩性能,使其能因电刺激而收缩或膨胀. 研究人员正在努力改进导电聚合物配体和制造技术,以产生具有高强度,弹性和生命般运动能力的人工肌肉. 几个学术研究实验室已经演示了导电聚合物基人工肌肉,这些肌肉可以举重,为残疾个人提供帮助,并具有动力软机器人设计. 与传统动力装置相比,这项研究预计将转化为具有更多自然运动和生命感的智能假肢和矫形。

全球人造肌肉市场限制:

• 所涉费用高昂: 所涉费用高昂是阻碍全球人造肌肉市场增长的主要因素之一。 开发人造肌肉需要广泛的研究和测试,这是一个非常昂贵的过程。 这些人工肌肉是通过模仿自然肌肉纤维及其通过复杂的纳米技术和材料工程方法的功能而形成的. 创造能够完成与自然生物肌肉相同的微妙任务的合成材料,需要在分子层面探索新的制造和制造技术. 这一水平的高级研究和实验需要大量的时间和资金投资。 除此之外还有临床试验的成本,这些成本对于测试这些人工开发的肌肉在部署到人类之前的功效和安全性至关重要. 对这些新型医疗技术的监管批准具有直接的卫生影响,可以理解是非常严格的。 按照美国FDA等监管机构的要求,对自愿人员进行有力的临床测试,需要大量资本支出。 此外,建立拥有最先进实验室的先进研究基础设施,雇用专门的科研人员也需要大量资本支出。 所有这些共同提高了为医疗应用开发新的人工肌肉技术的总体成本。

平衡: 关键的市场参与者需要专注于降低开发新的人工肌肉技术的全部成本,从而降低人工肌肉所涉及的高昂成本.

• 生物兼容性问题: 生物兼容性问题对人工肌肉市场的增长构成重大挑战. 当外来材料植入人体时,身体总是有拒绝这些材料的风险. 人体经过数百万年的演化,发现并消除任何外来或潜在有害的东西. 人工肌肉由合成材料产生,其生化成分与自然肌肉不同. 它们作为替换或增强在体内的引入可以触发免疫反应. 身体的免疫系统可能试图通过炎症反应和拒绝来攻击并移除这些人工植入物. 这种生物兼容性问题产生于人工肌肉中使用的合成材料与体内周围生物组织之间的相互作用. 不同的材料与活组织相容的程度不同. 虽然有些材料不会引起重大问题,但其他材料可能具有很高的抗原性,引发自体免疫疾病. 测试所有潜在材料和以最佳生物兼容性制造肌肉仍然是一个持续的挑战。 任何拒绝的迹象都会给病人带来健康风险,必须清除植入物。 这严重阻碍了人工肌肉在医疗保健中的应用.

最近的事态发展

主要动态

• 2023年10月,任,县知县. 布莱奇福德世界知名的假肢制造商之一,推出了一种改变生命的智能矫正装置Tectus,它使肢体部分瘫痪的人能够更加轻松、自然和舒适地行走,增强信心和安全。
• 2022年(明治10年),,号,. 奥苏尔开发、制造和销售矫形器械的非侵入性设备,包括胸罩和辅助产品、压缩疗法和假肢。 POWER KNEE是开创性的生物技术,是一种运动动力的"智能"假体,它使用先进的算法来检测人类的运动模式,实时学习并适应其穿戴者的速度和胆量.

图 2. 2024年按材料类型分列的全球人造肌肉市场份额(%)

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全球人造肌肉市场上的顶级公司

• 杜庞特
• 国际性权利倡议
• 福斯特-米勒股份有限公司.
• 美国人工肌肉
• 软机器人公司.
• Festo AG & Co. KG
• 青岛 Jinlu JF机械有限公司
• 技术机器人
• 默卡托尔股份有限公司
• 渥太华人工肌肉
• 其他著名玩家

定义: 人工肌肉又称合成肌肉,是模仿生物肌肉功能的材料或装置,通过收缩,膨胀,或刺激时旋转. 它们具有将化学或电气信号转化为机械能量的能力. 这些材料可由各种物质制成,包括聚合物、电活性聚合物(EAP),形状-模态合金,以及生物吸附系统等。 人工肌肉的发展是机器人,假肢,可穿戴技术领域的重要研究领域.