电子皮肤是实现机器人的感知交互能力重要组成部分
思瀚产业研究院    2025-02-26

电子皮肤是一种致力于模拟并超越人类皮肤功能的可穿戴柔性仿生传感器，可模仿人体皮肤对外界环境的感知，在医疗健康、智能机器人等领域有着广阔的应用前景。早在 20 世纪 70 年代，在很多科幻书籍和科幻电影中出现了电子手、仿生眼球、类人机器人等元素。20 世纪末，学者们在华盛顿特区举办了第一次“敏感性皮肤研讨会，自此开始，电子皮肤的发展速度明显加快。21 世纪初，Lacour 等已经开发出可伸展电极。从此之后，电子皮肤的集成性得到了关注。在电子皮肤的发展历史中，其逐渐实现了传感、弯曲、自愈等特性，并且在灵敏度、精度等方面不断优化。

电子皮肤一般是由电极、介电材料、活性功能层、柔性基材组成。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。

此外，柔性基材的选择对电子皮肤有极大的影响，柔性基材可以起到承载电子皮肤并确保其与生物皮肤或其他材料相容的作用。

1、柔性传感器：智能交互的核心

柔性触觉传感器对确保机器人灵巧手与人和环境之间的安全交互以及智能控制起着至关重要的作用。由于灵巧手自身的柔顺可变和多自由度的性质，要求与之匹配的传感器也必须具有高柔顺性且高精度。分布在灵巧手上的触觉传感器能够在非结构化的场景中为人们提供多模态信息感知，如接触状态（稳态、滑动、扭转等）、表面特征（粗糙度、纹理、曲率等）以及物理属性（温度、形状、重量、刚度等）。柔性触觉传感器可将外部的刺激转化成电信号，以供计算机进行读取和分析。根据传感机制不同，柔性触觉传感器可分为压阻式、电容式、压电式和摩擦电式等类型。

柔性触觉传感器全球市场空间广阔，人形机器人需求驱动下带来增量市场。柔性传感器产业链包括原材料供应、传感器设计与制造、系统集成与应用开发，以及最终的产品销售与服务。在上游环节，原材料包括各种导电材料、柔性基底材料、封装材料等；下游环节则是系统集成与应用开发，主要应用于健康监测、人机交互和机器感知领域。柔性触觉传感器能够实现与环境接触力、温度、湿度、震动、材质、软硬等特性的检测，是机器人直接感知环境作用的重要传感器，有助于智能化的人形机器人实现产业化落地。根据 QYResearch 数据预测显示，2022 年全球柔性触觉传感器市场约为 15.34亿美元，预计 2029 年市场规模增长至 53.22 亿美元，2022-2029 年 CAGR 为 17.9%。

全球柔性触觉传感器市场主要被海外企业占据，国内企业加速布局中。全球排名 TOP5的厂商主要包括 Novasentis、Tekscan、Japan Displayinc.(JDl)、Baumer、Fraba，合计占有大约 57.1%的市场份额。随着下游人形机器人产业的快速发展带动，国内柔性触觉传感器行业也得到了快速发展，一些国内企业凭借在技术研发、市场应用等方面的优势渐露头角。目前国内布局了柔性传感器业务的上市公司主要有汉威科技、福莱新材、申昊科技等，汉威科技的柔性传感器与机器人相关厂商的合作尚处于送样、个性化方案定制、小批量供货等前期阶段；福莱新材也已构建了较为完整的柔性传感器链路自主研发体系，目前项目中试进展顺利，正与多家下游厂商接触，推进产品的定制研发与送样。

2、柔性基底材料：PDMS 和 PI 应用较多

具有理想的柔韧弹性与力学强度的基底材质可以给柔性机器人压敏皮肤起到很好的承载衬垫的作用，而新型柔性高分子薄膜材料能够很好地满足其要求。它们因具有超薄透明、柔韧弹性、抗力学破坏的优势而逐步被应用到柔性传感电路集成作为柔性衬垫，常用的基底材料有聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚酰亚胺(PI)和聚酯(PET)等高分子薄膜材料。

聚二甲基硅氧烷（PDMS）是目前常用的软材料之一，由于其具有优异的生物相容性和稳定性、高透明度以及易成型性，在微流体、组织工程、柔性设备、可穿戴设备以及许多其他领域中具有广阔的应用前景。聚二甲基硅氧烷又名二甲基硅油，根据相对分子质量的不同，外观由无色透明的挥发性液体至极高黏度的液体或硅胶，属于有机硅深加工产品。产品具有优良的物理特性，可直接用于防潮绝缘、阻尼、减震、消泡、润滑、抛光等方面，广泛用作绝缘润滑、防震、防油尘、介电液和热载体，以及用作消泡、脱模剂、油漆及日化品添加剂。

硅油主要用于纺织日化领域，整体需求稳步增长。硅油为呈链状结构的线性聚硅氧烷，室温下为液体油状物，主要用作纺织印染助剂、日化助剂、高级润滑油、防震油、绝缘油、真空扩散泵油、脱模剂、消泡剂、抛光剂和隔离剂等。据 SAGSI 统计，2023 年我国硅油消费量约 56.1 万吨，同比增长 9.4%。综合来看，2023 年纺织、日化及化工行业消费占比占据前三位，分别是 30.4%、22.5%、21%，其中纺织行业消费占比有所降低，同比下滑 1.2pct，化工、机械和电子电气行业消费占比均有提高，提高幅度分别为 0.6pct、0.4pct、0.3pct。考虑到

我国硅油产能扩产加速，出口需求有所回落。2023 年我国硅油产能同比增长 26.3%达到 106.8 万吨，产量同比增长 5.8%达到 61.8 万吨，过去几年在产能大幅扩张的背景下行业的产能利用率持续下滑，从 2019 年的 78.3%下滑至 2023 年的 57.9%。从进出口表现来看，2023 年我国硅油进口量同比增长 5.3%达到 5.6 万吨，出口量在 2021-2022 年连续高增后有所回落，2023 年同比下滑 9.4%至 11.2 万吨。未来随着机器人皮肤覆盖面积扩大，柔性基材需求有望持续增长，东岳硅材、新安股份、合盛硅业、兴发集团、润禾材料等布局了有机硅深加工的企业。

聚酰亚胺（PI）产品性能优异，生产要求较高。PI 是指分子结构主链中含有酰亚胺结构的高分子聚合物，高性能 PI 的主链大多以芳环和杂环为主要结构单元。PI 具有最高的阻燃等级(UL-94)，良好的电气绝缘性能、机械性能、化学稳定性、耐老化性能、耐辐照性能、低介电损耗，且这些性能在很宽的温度范围(-269℃-400℃)内不会发生显著变化。从生产流程来看，PI 薄膜产品以 PMDA（均苯四甲酸二酐）和 ODA（二氨基二苯醚）为主要单体，在极性溶剂 DMAc 或 DMF 中聚合形成 PAA 树脂溶液，然后流涎成凝胶膜，经定向拉伸和亚胺化、后处理工序制成。除树脂合成外，其他工序均于万级以上洁净车间中进行。

PI 薄膜应用领域不断丰富，电子为核心下游。根据应用类别的不同，PI 薄膜可分为电工 PI 薄膜、电子 PI 薄膜及热控 PI 薄膜等，其中电子 PI 薄膜、热控 PI 薄膜主要应用领域基本为消费电子。从终端应用场景来看，电子 PI 薄膜作为 FCCL（柔性覆铜板）、封装基板（COF）等的核心原材料，终端行业涉及消费电子、5G 通信、汽车、工控医疗、航天军工等各个领域；电工 PI 薄膜主要用于电工绝缘领域，随着行业技术水平的提高，具备高绝缘强度、耐电晕特性的产品不断出现，从传统电工绝缘延伸到高速轨道交通、风力发电、新能源汽车等领域。

高性能 PI 薄膜行业壁垒较高，市场长期被少数国外厂商占据。我国大陆地区 PI 薄膜和相关下游产业起步相对较晚，目前低端电绝缘 PI 薄膜市场基本已实现自给，但高性能电子领域的产品仍然高度依赖进口。从市场格局来看，2023年行业的CR3为48.8%，其中 PIAM 为全球 PI 薄膜行业龙头，市占率为 28.9%，头部的钟渊化学和东丽杜邦市占率分别为 11%、8.9%，可以发现市场份额长期掌握在美国、日本和韩国等企业手中。

据统计，热控领域的国产占有率不到 20%、电子领域的国产占有率不到 10%，国产占有率低一方面表明国产替代空间广阔，但同时也说明行业壁垒较高。行业壁垒首先体现在产能壁垒，产能低主要受限于设备限制，PI 薄膜生产设备多为非标设备且精密度要求高，国外巨头又对设备工艺严格保密，国内厂商自行设计难度较大，瑞华泰是国内少数具备宽幅生产线自主设计能力的厂家之一，其余国内厂商产线主要进口自日本。

我国 PI 薄膜企业产能持续扩张，国产化替代稳步推进。在近年国产 PI 薄膜厂商快速扩产的基础上，2023 年末国内主要高性能 PI 薄膜厂商已投产年产能约 3426 吨，在建产能约 2089 吨。但仍低于国内市场需求量（热控和电子领域需求量分别约 4000 吨和 7000 吨），也远低于国外 PI 薄膜厂商产能，PIAM、钟渊化学等主要国外厂商 2020年合计年产能就已达 15240 吨，产能不足直接阻碍国内厂商抢占市场份额。未来随着在建产能陆续放量，我国 PI 薄膜企业市占率有望继续提升。瑞华泰、国风新材、利安隆等具备 PI 薄膜产能的上市公司。

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