柔性触觉传感器：电子皮肤挑战与机遇并存，上升空间巨大
思瀚产业研究院    2024-11-01

柔性触觉传感器和刚性触觉传感器异同。柔性触觉传感器具有识别接触对象的温度、湿度、材质和硬度等特性，可实现对物体更精细化操作。材料上，柔性触觉传感器使用柔性材料，如有机聚合物（如聚二甲基硅氧烷、聚氨酯等）、碳纳米管、石墨烯、金属纳米线等具备良好的柔韧性、导电性或压电性，能够在受力或变形时产生相应的电信号变化。而刚性触觉传感器以各种刚性材料为敏感元件，存在体积大、重量较重、不易变形等缺点。

制造工艺方面，刚性触觉传感器制造工艺相对成熟，生产效率高和成本相对较低。而柔性触觉传感器制造过程相对复杂，生产效率相对低，制造成本相应提升。

柔性触觉传感器与刚性触觉传感器的技术原理均包括压阻式、电容式等。随着技术和材料的更新迭代，厂商或客户已不满足只使用刚性触觉传感器收集感知信息，开始对拟人的皮肤进行相关的研究。电子皮肤是模仿人类皮肤的特性以及附加功能的感知系统，本质上是一种仿生柔性触觉传感器系统。

电子皮肤一般由电极、介电材料、活性功能层、柔性基材组成，根据传感方式分为应变传感、湿度传感、温度传感和代谢物传感。当外界施加压力时，活性功能层将应变、湿度、温度等信号转换为可检测的电信号，位于功能层两侧的电极层接受并对电信号进行传输，最终信号传输到人体神经细胞，完成一次“触觉”传递过程。

目前，电子皮肤行业技术壁垒较高，包括技术与材料、集成度与制造、性能和商业化应用。

技术与材料：电子皮肤技术的核心为模拟人类皮肤的特性，包括柔韧性、自愈能力、高机械韧性、触觉感知能力。电子皮肤需具备较好的生物相容性和环境适应性以应对环境改变。同时，由于需感知压力、温度、湿度等不同刺激并转化为电信号，所需材料需同时具备稳定性强、高灵敏度和良好导电性。电子皮肤所需特性对材料选择和设计要求较为严格。目前，已发现有材料能满足部分电子皮肤特点，但与人类皮肤相比仍有较大改善空间。

集成度与制造：高集成度和低制造成本助推电子皮肤商业化的重要因素。难题在于如何在有限空间内将所需的传感单元、运算单元、显示单元集成到一起，同时保持系统的可靠性和稳定性。此外，价格相对较高的高端触觉传感器的限制电子皮肤大规模使用，受用范围也将受限。

性能：电子皮肤在使用中有可能出现测量误差增大等问题，不具备稳定性特征。此外，由于电子皮肤是长期使用的传感器，其耐用程度、对力的感知信息的收集和反馈的稳定性很大程度上影响人们对其实用性能的判断，也将会直接影响电子皮肤商业化进程。因此，提高电子皮肤的耐用性和稳定性，同时要确保在长期使用过程中保持其一定的性能水平。

商业化应用：电子皮肤作为新兴技术，其商业化进程需要循序渐进，不仅需要得到市场和消费者的认可，也需要建立相关行业的法规和标准。此外，下游应用领域开拓将会相对困难，需通过探索和优化适配不同领域需求。

人形机器人为电子皮肤未来潜力最大市场。电子皮肤主要下游应用领域包括健康监测、触觉、人机交互、生物医疗、心率脉搏检测等。在人形机器人中，电子皮肤大概率率先应用于灵巧手，进行力、温度、纹理等多种类感知，实现精准操作。

人形机器人长期目标是替代劳动力，随着未来技术的发展，电子皮肤有望覆盖至全身。目前，电子皮肤在人形机器人领域使用率仍较低，根据头豹研究院预计 2024 年人形机器人电子皮肤市场规模为 4.60 亿元，2030 年市场规模为 90.50 亿元，年复合增长率为 64.30%。

全球电子皮肤行业集中度高。海外龙头企业主导全球电子皮肤市场，市占率约为90.00%，主要系国际龙头企业拥有悠久历史、雄厚的资本实力，经验丰富的技术研发团队和通过长时间的技术积累，核心竞争力较强。由于中国电子皮肤企业起步较晚，目前仅少部分企业掌握电子皮肤核心技术，竞争压力巨大。国内电子皮肤市场第一梯队为汉威科技、安培龙等；第二梯队为柯力传感、申昊科技等。

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