人形机器人关键传感器：电子皮肤产业链全解析

特斯拉人形机器人Optimus三代架构重构后，灵巧手步入“精密控制+系统协同”阶段。

传动方案演进为“丝杠+腱绳”协同，感知系统有望形成闭环控制能力。

在之前的文章中，我们梳理了灵巧手核心环节丝杠+腱绳，以及轻量化材料PEEK材料。

触觉感知与柔性电子皮肤是人形机器人的感知跨越的关键。

目前主流灵巧手产品均搭载了触觉传感器。特斯拉人形机器人手部关节搭载了触觉传感器，指尖精细化水平高度提升，具备连续折叠T恤的能力。宇树科技、星动纪元等国内厂商都搭载了触觉传感器以实现高精度控制。

电子皮肤突破传统触觉传感器的感知维度局限，被普遍认为是触觉传感技术的终极演进形态。

本文重点梳理电子皮肤产业链核心环节和竞争格局。

01 

触觉传感器概览

触觉传感器是提升人形机器人灵巧手感知能力的关键单元。

其主要功能是获取物体的物理信息和接触力，模仿人类皮肤触觉，协助完成类人手精细操作。

部署于指腹和掌面等位置，帮助灵巧手实现对物体的力控调节、自主适应与稳健抓取。

触觉传感发展路径为：指尖多维力测量-阵列触觉传感-多模态触觉传感。

在早期阶段，触觉传感器研究的主要方向是压力和力的测量，这类传感器通常安装在指尖，以测量多维力。

其共同原理是压电效应，可以检测力的方向，但对于检测接触位置不是那么可靠，因此多阵列触觉传感器应用逐步增多。

阵列触觉传感器通常感知单模态信息，只能感知力方面信息，温度、纹理等其他信息不会被感知。

多模态触觉传感可以同时获得各种感知和触觉信息，从单一力觉扩展到多维力觉及温度感知，更加接近人类皮肤的功能，是触觉传感的重要发展方向。

从发展趋势来看，触觉传感器向着模拟生物皮肤复杂属性与功能的仿生化需求前进。

数据来源：《高灵敏度柔性电子皮肤的研究与应用进展》

02 

电子皮肤行业概览

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，可以模仿人体皮肤对外界环境的感知。

通过与人类皮肤相同的结构模拟生物触觉信号，能够感知更高维度信息且具备更高仿生特性。

在电子皮肤的发展历史中，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。

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。

电子皮肤产业链在上游原材料包括各种导电材料、柔性基底材料、封装材料等；下游环节是系统集成与应用开发。

提高电子皮肤灵敏度和柔性的方法主要有两大方向：

新材料选择，如PDMS、PET、PI、PVDF等柔性基底及敏感材料。

结构创新，如网状、波纹状、岛桥等结构可改善电子皮肤柔性性能，可压缩褶皱、互锁三明治等微结构设计对灵敏度有较大影响。

柔性基材

从人形机器人的结构组成来看，“大脑”和“小脑”涉及到的相关材料为AI材料，“肢体”部分需要应用化工新材料实现轻量化和“感知”功能。

柔性基材的选择对电子皮肤有极大的影响，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。

帮助机器人实现感知交互能力的电子皮肤涉及到的主要材料为柔性传感器和基底材料，其中运用最广泛的两种柔性基底材料为聚二甲基硅氧烷（PDMS）和聚酰亚胺(PI)。

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，电子为其核心下游应用领域。

高性能PI薄膜行业壁垒较高，市场长期被少数海外厂商占据，头部的钟渊化学和东丽杜邦市占率分别为11%、8.9%。

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，国内厂商瑞华泰、国风新材、利安隆、祥源新材等有所布局。瑞华泰作为国内高性能PI薄膜行业的先行者，于2010年完成国家发改委“1000mm幅宽连续双向拉伸聚酰亚胺薄膜生产线”高技术产业化示范工程，同类产品达到国际先进水平，推动国产化进程。国风新材与中国科学技术大学先进技术研究院共建联合实验室，开展柔性衬底PI浆料、热塑性聚酰亚胺（TPI）复合膜、光敏聚酰亚胺（PSPI）光刻胶研究。祥源新材研发的PI基超薄柔性基材，其厚度仅3微米，弯曲半径小于1毫米时仍能保持98%的导电稳定性。

03

电子皮肤市场竞争格局

电子皮肤产业端方面，全球已初步形成以欧美日企业为主导、国内厂商加速突破的格局。

海外厂商中，SynTouch、Novasentis、TekscanInc.、Interlink Electronics、JDI、Baumer、Fraba等在高精度触觉传感器方面具有领先布局。

Tekscan的柔性压力传感器阵列被用于工业机械臂的精密抓取控制，SynTouch的BioTac传感器则成为仿生手研发的标杆技术。

过去十年中，大量的柔性压力触觉传感电子皮肤被研究开发，其中大多数是基于压阻式、电容式、压电式、摩擦式和霍尔效应式等传感原理，

特斯拉Optimus人形机器人作为全球人形机器人风向标，其采用的Interlink压阻式传感器，通过压力-电阻转换原理实现触觉反馈，或有望成为长期主流路径。

国内方面，与特斯拉技术路线一致的布局的部分厂商包括汉威科技子公司苏州能斯达研发的柔性纳米仿生电子皮肤包含压阻式技术；福莱新材FOS系列电子皮肤具备多模态感知融合（压力+温度+剪切力），采用柔性印刷电子工艺将不同功能层集成于单片基底，解决多传感器协同误差问题；德尔未来与高校联合开发自供电透明E-skin，解决传统传感器刚性问题；祥源新材生产的发泡材料可作为传感器的压电功能层，实现压力和震动的感知，在实验室技术层面验证了压阻式传感方案的可行性；申昊科技已形成接近式、预接触式、接触式、指压式四大基础产品矩阵；日盈电子电子皮肤压阻式产品聚焦于指尖，单指27触点（2温度+25压力）。

此外，天奈科技碳纳米管电子皮肤与国内科研院所合作；沃特股份在导电水凝胶等柔性电子皮肤电极材料方面有研发和生产优势；奥迪威突破传统超声波赛道，推出“电子皮肤”，且同时集成了感知压力、温度、滑动、冲击等能力。

在柔性触觉传感器方面，国内尚处于早期产业化阶段，多家厂商逐步突破核心感知结构设计与封装集成等关键环节。钛深科技、帕西尼感知、奥迪威、苏试试验、埔慧科技、慧闻科技、弘信电子、墨现科技、力感科技、他山科技、中科纳芯等多家厂商都有相关布局。

福莱新材首席科学家陈书厅受访时曾表示：电子皮肤应用正进入指数级增长的阶段，其需求已从几年前的小众状态转变为当前的广泛需求，并预测未来5年年增长率将达到50%以上。

电子皮肤作为人形机器人“感知外衣”，能够实现触觉、力反馈等功能，是机器人实现精细操作和安全交互的关键部件。未来随着人形机器人市场逐步进入量产阶段，电子皮肤需求量有望进一步提升。乐晴智库精选