电子皮肤的构成、制备工艺及产业链
思瀚产业研究院    2025-06-18

什么是电子皮肤

电子皮肤（E-skin）：是一种能够模仿人类皮肤结构和感知功能的柔性电子系统。它不仅能让机器人“感受”到压力、温度、湿度、纹理等外界刺激，更能通过与人工智能等技术的深度融合，提升机器人的环境适应能力和智能交互水平。

 结构组成：柔性基材（如聚酰亚胺）、活性功能层（压阻/电容材料）、电极层，通过信号转换实现触觉反馈。其中，柔性基材提供支撑和保护，活性功能层负责将物理刺激转换为电信号，电极层负责传输电信号。这些材料和结构的选择直接影响电子皮肤的性能，如灵敏度、动态范围和稳定性。工作原理可以概括为“感知-转换-处理”三个步骤。

电子皮肤的构成与制备工艺

材料： 材料的选择直接决定电子皮肤的灵敏度、响应速度、柔韧性、生物相容性、耐久性等核心性能，通过材料复合和微结构设计可实现性能的协同提升和多功能集成。电子皮肤材料的选择需要在柔韧性、导电性、传感性能、机械强度、耐久性、生物相容性功能和成本之间进行复杂的权衡，未来的趋势是开发具有多功能集成（如同时具备传感、自修复、自供能）、更高性能和更低成本的新型智能材料及复合体系。

制备工艺：包括高分辨率的光刻、薄膜沉积，低成本、大面积的印刷电子（丝网印刷、喷墨打印），以及可实现复杂三维结构的3D打印和新兴的激光加工、静电纺丝等。现有的电子皮肤制造工艺（如印刷电子、光刻、自组装等）在实现大规模、高良率、低成本、高一致性的生产方面仍面临挑战。

电子皮肤的关键作用是提升操作精度、增强安全性。

提升操作精度：①医疗场景机器人需感知患者体温与接触力，例如，触觉传感器通过模拟人类皮肤的感知机制，赋予机器人类似人类指尖的触觉能力，使其能够精准地操作微小或易碎物品，如抓取鸡蛋或进行微创手术。②工业场景需精准抓握易碎物品。

增强安全性：①实时障碍物检测与避障：人机协作环境中，实时检测障碍物是保障安全的关键。通过机器视觉技术和传感器融合，机器人可以快速识别障碍物并规划路径，避免碰撞。②滑移检测与紧急停止：在工业环境中，滑移或意外接触可能导致事故。通过高灵敏度的力控传感器和实时监控系统，机器人可以在检测到异常外力时自动中止动作，确保人机协作的安全性。

广义电子皮肤：电子皮肤的核心功能在于感知外部世界的各种刺激。根据感知信号类型, 可以分为基于①物理信号(应变、压力、温度和湿度等),②化学信号(汗液、乳酸、血糖等),③电生理信号(脑电、心电和肌电)等不同类型的传感器。 其中，物理信号感知可采用应变式传感器、压力传感器、温度传感器、湿度传感器等；化学信号感知可采用非侵入性/微侵入性中的可穿戴和柔性化学传感器；电生理信号传感器需要采用薄的、适形的和生物兼容的表皮电极,以减少皮肤电极接触阻抗。

人类皮肤能够同时感知多种刺激。因此，电子皮肤的发展趋势是集成多种传感器单元，或开发能够响应多种刺激的复合传感器，以实现多模态感知。

根据感知信号的类型分类（广义）

狭义电子皮肤：主要指压力传感器，进一步拓展到温度传感器等。柔性压力传感：是电子皮肤最基本&最重要的功能之一，用于感知机器人与环境或物体的接触力。根据活性功能层传感原理，压力电子皮肤大体可分为：压阻型、压容型、压电型、摩擦电型。其中压阻式结构相对简单，制造成本较低，是目前应用的主流方案之一。

不同类型的的压力传感器各有优缺，需要根据类型和实际应用进行选择。

柔性温度传感器：对机器人进一步拓展到家用和医疗等应用场景至关重要。温度感知对于机器人理解环境、安全交互（如避免接触过热物体）以及某些特定操作（如涉及温度控制的任务）至关重要。在现代化电子设备中，有5种最常用的温度传感器：热电偶、电阻温度检测器(RTD)、热敏电阻、本地温度传感器、远端测温二极管IC等。

人类皮肤能够同时感知除了压力和温度外的多种刺激，未来人形机器人还需要更高级的触觉能力，如纹理识别、滑移检测和硬度感知等。因此，电子皮肤的发展趋势是集成多种传感器单元，或开发能够响应多种刺激的多功能传感材料，以实现多模态感知。

电子皮肤产业链

人形机器人电子皮肤产业链主要包括①上游的原材料与核心零部件，②中游的电子皮肤传感器/模组制造与系统集成，以及③下游的人形机器人本体制造和各领域应用。

上游原材料与零部件：主要包括前端采集芯片、结构件和其他部分。前端采集材料占总成本的20%-30%，芯片占约30%，结构件占15%-20%，剩下的20%-35%包括通讯接口、仪器及其他部分。主要材料类型均有中国企业供应，国产化率较高。

中游制造商由海外主导，国产加速替代。国际领先企业在触觉传感器技术方面拥有深厚积累，中国企业已具备一定的研发实力和生产能力。在2022年中国柔性传感器产业链下游占比中，医药领域占比为40.05%，消费电子领域占比为36.22%，其他应用领域占比为23.73%。

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