형상 기억 소재의 특허 현황 분석

SMM에는 두 가지 주요 유형이 있습니다. 형상 기억 합금과 형상 기억 폴리머입니다. 이들의 구성, 메커니즘, 응용 분야 및 주요 참여자(특허 경관 분석에서 확인)는 아래에 요약되어 있습니다.

• 형상 기억 합금(SMA)

구성:
일반적으로 니켈-티타늄(NiTi), 구리-알루미늄-니켈, 구리-아연-알루미늄과 같은 금속 합금으로 만들어집니다.

기구:
SMA는 오스테나이트라고 하는 고온상과 마르텐사이트라고 하는 저온상이라는 두 가지 서로 다른 결정 구조 사이에서 가역적인 상 변환을 겪을 수 있습니다(아래 그림, 이미지 출처 ).

응용 프로그램:
SMA는 다음을 포함한 광범위한 분야에서 사용됩니다.

• 의료 기기(스텐트, 가이드 와이어):
  • Medtronic은 자가 확장형 스텐트에 SMA를 사용하는데, 이 스텐트는 삽입 시 압축할 수 있고, 제자리에 놓이면 혈관을 지지하도록 확장할 수 있습니다.
  • 치열교정 혁신으로 유명한 Ormco는 전통적인 브래킷과 와이어부터 최첨단 투명 교정기까지 다양한 치과 교정기에 SMA를 통합합니다.
• 로봇공학:
  • SRI International은 SMA를 사용하여 모양을 조정하여 물체를 더 잘 취급할 수 있는 로봇 그리퍼를 개발하여 로봇 시스템의 다재다능성을 향상시켰습니다.
• 항공우주 부품:
  • NASA는 우주선의 전개형 구조물에 SMA를 통합하여 임무 중 구성 요소가 다양한 조건에 적응할 수 있도록 했습니다.
  • 보잉은 연료 효율성과 기동성을 향상시키도록 조정되는 날개 설계를 변형하는 등 항공기 시스템에 SMA를 활용합니다.
• 가전제품:
  • 케임브리지 메카트로닉스는 스마트폰 카메라에 사용되는 광학 이미지 안정화 및 자동 초점 시스템에 사용되는 SMA 액추에이터를 전문으로 하며, 다양한 브랜드에 걸쳐 5,000만 개 이상을 판매했습니다 .
    

• 형상 기억 폴리머(SMP)

구성:
외부 자극에 의해 작동되면 원래 모양으로 돌아갈 수 있는 폴리머로 만들어졌습니다(아래 상자 참조).

특허 지형 분석은 혁신에 대한 귀중한 통찰력을 제공하며, 여기에는 기술의 미래를 예측하는 데 도움이 됩니다. 이 부분에서는 SMM의 혁신에 대한 특허 지형 분석이 이러한 혁신적 솔루션의 배후에 있는 주요 산업 주체와 주요 연구 개발(R&D) 시장을 포함하여 이러한 소재의 차세대에 대해 무엇을 알려줄 수 있는지 공유하겠습니다.

방법론 및 데이터베이스

이 기술의 혁신과 R&D 활동을 이해하기 위해, 우리는 독점적인 IP 인텔리전스 소프트웨어를 사용하여 매크로 검색을 수행했습니다. IP 컨설팅 서비스 전문성을 사용하여 수집된 특허를 분석함으로써, 우리는 이 분야의 연구 발전과 투자에 대한 매혹적인 글로벌 통찰력을 창출할 수 있었습니다.

이 데이터베이스는 지난 20년 동안 출원된 총 34,267개의 특허 제품군으로 구성되어 있습니다.

특허 역학: 형상 기억 재료에 대한 주요 결과

아래 그래프에서 알 수 있듯이, 항공우주, 자동차, 의료를 포함한 다양한 산업에서 이 기술에 대한 수요가 증가함에 따라 2004년부터 2023년까지 SMM 특허 출원이 뚜렷하게 상승 추세를 보였습니다. 마찬가지로 지속 가능성과 스마트 소재 개발에 대한 집중도가 높아짐에 따라 혁신이 촉진되었습니다.

이러한 역학은 20년 동안 SMM의 특허 진화를 보여줍니다. 부여된 특허의 정점은 2020년에 916건으로 나타났고, 2010년의 534건에 비해 71.5% 증가했습니다.

또한, 출원 중인 특허 수는 2004년 147건에서 2020년 559건으로 280% 증가하여 지속적인 혁신과 강력한 시장 수요를 보여줍니다.

아래 그래프는 특허 활동별 SMM 분야의 주요 기업을 나열합니다.

상위 5개는 다음과 같습니다.

• (1) 하얼빈 공업 대학(HIT): 중국의 저명한 연구 대학인 HIT는 231건의 특허를 취득하여 SMM 관련 특허 활동을 선도하고 있습니다. HIT 연구원들은 우주 임무에서 신뢰성과 성능을 향상시키는 전개형 구조물 및 적응형 구성 요소와 같은 항공 우주 응용 분야에서 SMM의 사용을 탐구했습니다. 그들의 연구에는 SMM을 활용한 소프트 로봇 그리퍼 개발 및 SMM을 섬유에 통합하는 것도 포함됩니다.
  
• (2) GM 글로벌 기술 운영: GM은 허가된 특허(178)에 비해 무효 특허(205)가 많습니다. 다양한 차량 구성품에 SMM, 특히 형상 기억 합금(SMA)과 폴리머(SMP)를 사용하여 기능과 성능을 개선합니다. 적응형 구성품과 활성 차량 표면에서의 사용이 그 예입니다.
  
• (3) Boston Scientific Scimed 및 (4) Medtronic: 이 회사들은 특허의 균형 잡힌 분포를 보이는 것으로 유명합니다. 허가된 특허(각각 130개 및 142개) 수가 적당하고 보류 중인 특허도 있지만, 사망 특허도 상당수(각각 84개 및 72개) 있습니다.
  
  Boston Scientific 의 특허는 SMM과 관련된 광범위한 혁신을 포괄하며, 특히 처리, 구성, 의료 기기에서의 응용 및 성능 향상에 중점을 두고 있습니다.
  
  거의 모든 형상 기억 폴리머에 대한 연구 관심사를 가진 열가소성 플라스틱 연구의 선두주자로서, Medtronic은 스텐트, 절제 요소, 골소골 보철물, 녹내장 수술 도구, 봉합사, 척추간 임플란트, 심방 단락을 포함한 광범위한 의료 응용 분야에 대한 특허를 보유하고 있습니다. 또한, 이 회사는 진공 증착 공정을 사용하여 니켈-티타늄(Ni-Ti)과 같은 SMM의 박막을 기판에 증착하여 마이크로 액추에이터를 만드는 방법을 개발했습니다.
  
• (5) Cook Medical: 의료 기기 분야의 글로벌 리더인 Cook Medical은 SMM과 관련된 상당수의 허가 및 보류 중인 특허를 보유하고 있으며, 주로 의료 기기에 사용하기 위한 SMA 및 SMP의 혁신적인 응용 분야에 중점을 두고 있습니다. 여기에는 수술 중 출혈을 효과적으로 멈추기 위해 형상 기억 특성을 활용하는 내시경 장치, 절제 기구 및 지혈 클립 및 클램프가 포함됩니다.

아래 표에 나와 있는 첫 번째 신청 연도별 데이터를 살펴보면, 이 분야에 새로운 참여자가 진출함에 따라 이러한 기술 중심의 변화가 더욱 명확해집니다.

여기에는 다음이 포함됩니다.

• Cambridge Mechatronics 는   2016년부터 주요 참여자로 등장하기 시작했으며, 2020년에 특허 출원의 급격한 성장이 정점을 찍고 그 이후에도 계속 강력하게 이어졌습니다.
• 에드워즈 생명 과학) 도 2017년 이후 성장세를 보이기 시작해 2017년과 2018년에 각각 11개의 특허를 취득했고 2023년에는 37개의 특허를 취득하며 활동이 정점에 도달할 것으로 예상됩니다.
• 삼성, LG 와 같은 회사는 2006년부터 2017년까지 점차 활동을 확대했는데, 이는 소비자용 전자 제품 부문이 SMM 기술에 점점 더 적극적으로 참여하고 있음을 보여줍니다.

표에서 알 수 있듯이 일부 회사는 SMM 특허 출원을 중단하거나 늦추었습니다.

• GM의 참여는 2010년에 정점을 찍고 2012년 이후 급격히 감소했으며, 2014년 이후에는 특허가 거의 없었습니다. 이는 전략적 전환이나 핵심 R&D 단계의 완료를 시사합니다.
• 쿡의 활동은 2005-2009년 사이에 일정했지만, 이 기간 이후 특허 출원이 감소했고 2010년 이후로는 거의 활동이 없었습니다.
• 파나소닉은 2004년부터 2007년까지 상당한 시장 점유율을 보였지만, 2012년 이후에는 특허 활동이 거의 없었습니다.

이와 대조적으로, 다음 사항에 대한 참여는 안정적으로 유지되거나 증가했습니다.

• HIT는 특히 2017년 이후 특허 활동이 상당히 증가했으며 2022년에 정점을 찍었습니다. 이러한 성장 패턴은 연구의 지속적인 확장을 나타내며 중국의 학계가 잠재적으로 미래의 SMM 개발을 주도하고 있습니다.
• 의료 기술 기업(Medtronic, Boston Scientific)은 중국과 같은 전체 지역에 비해 순수한 특허 수에서 우세하지는 않지만, 표에서 꾸준히 입지를 유지하고 있습니다. 이는 SMM에 대한 의료 응용 분야에 대한 지속적인 집중을 시사합니다.

우선 국가 채우기는 대부분 R&D가 이루어진 국가에서 이루어지므로 이 데이터를 살펴보면 어느 국가가 가장 혁신적이고 어느 국가가 발명품을 보호하기 위해 가장 적극적으로 노력하는지 알 수 있습니다.

몇몇 기술 도메인은 SMM 애플리케이션에 특히 관련성이 있는 것으로 보입니다.

의료: 빨간색으로 강조된 이 도메인은 의료 분야의 SMM에 대한 강력한 초점을 시사합니다. 잠재적인 응용 분야는 다음과 같습니다.

• 통제된 약물 전달이나 조직 공학을 위한 형상 기억 기능을 갖춘 스텐트와 임플란트.
• 환자의 특정 요구에 맞게 조정 가능한 정형외과 장치.
• 정확도가 향상된 최소 침습 수술 도구.

재료, 야금: 이 도메인은 새로운 SMM 재료를 개발하고 그 특성을 개선하는 데 핵심적인 관심을 나타냅니다. 연구 노력은 다음에 집중될 수 있습니다.

• 원하는 형상 기억 효과를 위한 합금화 및 구성 최적화.
• SMM 성능을 향상시키기 위한 표면 처리 및 코팅.
• 비용 효율적이고 확장 가능한 SMM 제조 공정 개발

기계 요소: 이 도메인은 다양한 기계 구성 요소에서 SMM의 잠재적 응용 분야를 제안합니다. 예를 들어 다음이 있습니다.

• 로봇공학 및 자동화를 위한 형상 기억 액추에이터.
• 내구성을 높이고 유지관리 비용을 줄여주는 자체 복구 구성 요소.
• 하중 지지 능력이 강화된 적응형 구조.

기타 소비재: 이 도메인은 광범위하지만, 일상 제품에서 SMM의 잠재력을 암시합니다. 가능한 응용 분야는 다음과 같습니다.

• 스스로 조절되는 안경이나 의류.
• 모양이 바뀌는 가구나 장난감.
• 기능이 향상된 스마트 포장재.

결론적으로, 형상 기억 소재(SMM) 분야에 대한 우리의 특허 현황 분석은 2004년부터 2024년까지 명확한 변화를 보여주었습니다.

2004-2012년 기간에는 특허가 꾸준히 증가했고, 2013년 이후로는 특히 의료 분야에서 부여된 특허가 급격히 증가했습니다. Medtronic 및 Boston Scientific과 같은 회사가 주도하는 의료 기기가 여전히 우위를 점하고 있으며, 자동차 부문(예: Toyota 및 GM)도 중요한 역할을 하고 있습니다. Cambridge Mechatronics와 같은 회사의 최근 부상과 Harbin Institute of Technology와 같은 기관의 지속적인 학술적 기여는 이 분야를 발전시키는 데 있어 산업과 연구 모두의 중요성을 강조합니다.

지리적으로 중국은 수백 개의 회사가 관련 특허를 채우면서 지배적인 플레이어로 부상하여 특허 출원에서 일관된 리더가 되었고, 미국과 한국은 꾸준한 참여를 유지하고 있습니다. 그러나 일본과 독일은 최근 몇 년 동안 감소세를 보였습니다.

가전제품 및 항공우주와 같은 분야에서 SMM의 존재감이 커지면서 이러한 소재가 더욱 다재다능해지고 혁신에 중요해지고 있음을 시사합니다. 마찬가지로, 의료에서 ​​자동차에 이르기까지 다양한 산업에서 SMM에 대한 지속적인 관심과 개발은 이러한 소재가 계속해서 두각을 나타낼 것임을 시사합니다. 고유한 특성으로 인해 기술 혁신을 발전시키는 데 필수적이며, 지속적인 특허 활동은 미래 성장과 새로운 응용 분야의 잠재력을 강조합니다.

특허 환경 분석은 연구 및 혁신 추세와 시장에 대한 귀중한 통찰력을 제공할 수 있으며, 이는 SMM에 대한 이 분석이 보여주기를 바랍니다. 이 부문의 특허 활동에 대한 자세한 내용이나 다른 주제에 대한 구체적인 조언이나 지원이 필요하면 Questel IP 컨설팅 팀에 문의하세요 .