人形机器人感知能力的关键，电子皮肤升级竞赛主战场之一

汽车行业分析师：刘欣畅S0740522120003liuxc03@zts.com.cn 汽车行业首席分析师：何俊艺S0740523020004hjy@zts.com.cn 汽车行业分析师：白臻哲S0740524070006baizz@zts.com.cn 汽车行业分析师：汪越S0740525010002wangyue07@zts.com.cn 汽车行业分析师：毛䶮玄S0740523020003maoyx@zts.com.cn 12025年4月23日 核心内容 电子皮肤：电子皮肤是一种柔性触觉传感器，是机器人感知环境和完成任务的基础。具备1）温度感知：检测冷热变化；2）法向力感知：感知垂直压力，判断接触、抓握力度与物体硬度等；3）剪切力感知：识别滑动或摩擦力，助力稳定性判断、纹理识别与方向判断等操作。电子皮肤最常见的是压阻式、电容式、压电式，还有比较新颖的光学式和电磁式，其中压阻式技术简单应用广泛，电磁式因可以感知切向力而有望成为未来演进方向。未来，电子皮肤将朝着高精度、长寿命、多模态感知和自愈能力方向发展，但材料、制造工艺和算法优化仍是实现规模化应用的主要挑战。 材料：电子皮肤一般是由电极、介电材料、活性材料、柔性基材组成。1）柔性基材需要良好拉伸性和延展性，目前聚二甲基硅氧烷PDMS最常用，聚酰亚胺PI逐渐被认为是最佳基底材料，但成本较高，难以规模化生产；2）介电材料起绝缘隔离作用，介电胶因简单的制备过程脱颖而出；3）活性材料需优秀机械和电子特性，方案包括碳纳米管和石墨烯。 制造：是行业技术壁垒的关键所在，抗电磁干扰、低成本、高效率规模化生产是工艺优化的方向。1）光刻与硅蚀刻技术：可高精度制备微结构传感器以提升性能，适用于电容式传感器，但工艺复杂、需高精度设备且成本高；2）3D打印技术：能制备复杂立体结构柔性传感器并支持多种材料，然而可打印材料有限、尺寸精度低且量产性差；3）喷墨打印：适合大面积批量传感器制备且流程简便，但多层图案精度低、难以形成厚功能层；4）丝网印刷：具备大面积批量、低成本、材料适应性广的优势，不过稳定性和一致性不足，质量易波动。 算法：人形机器人借助柔性触觉传感器实现多物理量传感，信号接收趋近仿真。为解决信号传输带宽和实现快速响应，电子皮肤算法有趋势从集中式转向分布式，模仿人类触觉机制，进而可以实现功耗的降低。硬件与算法迭代，成为技术新壁垒。边缘侧算力硬件会因电子皮肤而需求扩大，现有前沿算法包括STDP、强化学习和SNN等。 市场与竞争：电子皮肤市场增长速度快，在人形机器人应用场景有机会从指尖拓展至全手、脚和关节，空间广阔。目前海外公司占据主要市场，国产化率有提升趋势，参与者中巨头与初创公司兼有，国内公司积极布局，领先企业已送样本体厂。目前电子皮肤产品均处于较初级阶段，产品送样节奏领先的企业有机会与本体厂共同开发，产品迭代速度会加快，进而积累优势。建议关注汉威科技、福莱新材、柯力传感、申昊科技。 风险提示：人形机器人商业化进度不及预期；人形机器人降本进度不及预期；市场竞争加剧；电子皮肤及相关配件国产化不及预期；政策支持不及预期；市场空间测算偏差的风险；研究报告中使用的公开资料可能存在信息滞后或更新不及时的风险。 目录 一、电子皮肤：机器人感知能力的关键 能力：一般有温度、法向力、剪切力感知能力，精度和耐用性是电子皮肤的关键参数分类：按原理分类包括压阻式、电容式、压电式、光学式和电磁式趋势：未来朝多模态、自愈和更大覆盖面积发展 二、关键要素：材料、制造、算法 材料：由介电材料、活性材料和柔性基材组成，接近人类皮肤特性是主要目标制造：屏蔽电磁干扰是难点，低成本、高效率和稳定生产是主要壁垒算法：传输信号涉及多种物理量，算法复杂，从集中式向分布式转变 三、市场与竞争格局 市场规模：增长速度快，人形机器人应用场景多，机会广阔竞争格局：海外公司占据主要市场，巨头与初创公司兼有，国内公司积极布局送样四、投资建议：当下关注产品送样节奏，降本和量产或为公司长期竞争力汉威科技：兼具材料+制造能力，已实现小批量供货福莱新材：涂布打印材料领军者切入柔性传感器市场柯力传感：力学传感龙头，战略布局机器人传感申昊科技：智能触感赋能机器人，多元场景开启新未来 五、风险提示 1.1电子皮肤：赋予机器人感知能力的关键 ◼传感器技术是机器人感知环境和完成任务的基础。触觉传感是机器人信息的重要来源，触觉传感器接触物体时，能检测其温度、形状、纹理、材质等物理性质，并反馈信息，助力机器人开展下一步操作。 ◼电子皮肤是一种可穿戴柔性仿生触觉传感器，可作为柔性触觉传感器应用在机器人手指、手臂等部位，使机器人获得对外界触摸感受的能力。 来源：《柔性触觉传感器的三维打印制造技术研究进展》-汪延成等-机械工程学报2020.10，中泰证券研究所 来源：《触觉传感器与电子皮肤研究进展》-朱盛鼎，陈冬冬，雷静桃-电子机械工程2022.08，中泰证券研究所 1.2电子皮肤具备感知温度、法向力、剪切力的能力 ◼电子皮肤具备多维触觉感知能力，主要包括以下三类：➢温度感知：通过热敏材料检测环境或接触物体的温度变化，实现冷热识别与热安全反馈； ➢法向力感知：感知垂直于皮肤表面的压力，帮助机器人判断接触、抓握力度与物体硬度等；➢剪切力感知：识别平行于表面的滑动或摩擦力，助力机器人完成抓取稳定性判断、纹理识别与方向判断等操作。 1.2温度感知：依据冷热特性调整操作，避免损坏或安全隐患 ◼温度感知是电子皮肤的基础功能之一，使机器人能识别接触物体或环境的冷热变化。常用材料如PVDF、PEDOT，可将温差转化为电信号，现广泛应用于健康监测、假肢反馈与热安全预警。 ◼应用场景：①穿戴式健康监测设备：实时监控体温、皮肤热流变化；②温度反馈系统：提升仿生真实感与触觉反馈；③机器人热预警：感知设备接触物体是否过热，避免烧伤或损伤。 来源：高分子科学前沿，吉林大学，中泰证券研究所 来源：学海网，中泰证券研究所 1.2法向力感知：实现精准触控与抓握控制的关键 ◼法向力感知使电子皮肤能检测垂直方向的接触压力，判断“有没有碰到”和“碰得多重”，是实现抓握、触控与表面识别的基础。◼电子皮肤中法向力感知主要依赖力—电信号转换机制，即将外界施加的垂直压力转化为可测量的电信号输出。如图8所示，电子皮肤通过仿生多层结构设计，在外力垂直作用下引发导电层间距或材料电阻变化，进而输出可识别的电信号。◼应用场景：①机器人抓握控制：精准判断握力，避免夹碎或夹不稳；②物体接触识别：感知物体是否接触、接触是否稳定。 来源：香港城市大学，中泰证券研究所 1.2剪切力感知：实现纹理识别与抓取稳定性的核心能力 ◼剪切力感知使电子皮肤能识别平行于表面的摩擦、滑移或旋转，实现纹理识别、抓取稳定性判断与方向感知的关键能力。 ◼剪切力感知通常通过上下层微结构之间的弹性响应与摩擦电/压阻信号变化实现，如图10所示，当外部滑动力施加后，液态电解质层发生形变，引发电信号变化；此外，图11展示的仿指纹结构在放大滑移信号方面具有重要作用，是增强方向判别能力的常见设计方式。 ◼应用场景：①滑动/摩擦检测：判断物体是否滑移、摩擦系数变化；②纹理识别：模拟人类“摸”不同材质的触感差异；③抓取稳定性评估：配合法向力控制夹持过程中的动态稳定性。 1. 3电子皮肤核心参数关注高精度和耐用性 ◼电子皮肤使机器人灵巧手在复杂任务中操作更精准、运行更稳定，显著提升工作效率和可靠性。电子皮肤的精度参数包括最小感知力、采样频率和感应点数量等指标，耐用性的核心参数包括使用寿命、工作温度、防水防尘、抗磁场干扰防零漂等。 ◼未来能实现高精度+长寿命的电子皮肤产品将具备更强的市场竞争力。以帕西尼PX-6AXGEN2为例，其采用电磁式技术路径，能感知压力、温度、材质和滑动，采样频率达200Hz，最小感知力达0.01N，使用寿命超300万次，具备较好的使用场景应用的潜力。 1. 4电子皮肤技术路径多，常见压阻式，电磁式可感知切向力 ◼触觉传感器从原理上可分为压阻式、电容式、压电式、光学式和电磁式，最常用的是压阻式、电容式、压电式，比较新颖的是光学式和电磁式。压阻式技术简单应用广，电磁式具有感知切向力的能力，有望成为发展方向。◼实现多功能需要多种传感技术的融合，但会影响到电子皮肤传感器的轻薄性。 1.5电子皮肤朝多模态、自愈和更大覆盖面积发展 ◼电子皮肤除了对温度、法向力、剪切力实现精确、无迟滞的检测，还朝着多模态感知、自愈能力、柔性大面积覆盖等方向持续演进，目标是更贴近人类皮肤，实现复杂场景下的人机交互与感知反馈。然而，要实现真正的规模化应用，电子皮肤仍面临多重技术壁垒。➢材料层面需在灵敏度、柔韧性、弹性、透气性和生物相容性等多个维度达到平衡，开发可适应复杂环境 的高性能材料仍具挑战； 图表2：机器人触觉传感系统的层次功能和结构框图➢制造层面存在工艺复杂、成本高昂等问题，目前电子皮肤制作往往依赖新材料和精密加工，尚难实现低成本、稳定的大规模量产；➢随着感知维度的提升，算法层面的计算压力也日益突出。柔性传感器产生的多模态信号需由机器人视知觉系统与“大脑”实时协同处理，如何通过分布式架构与边缘计算降低延迟、缓解中央计算负载，也成为决定应用落地效率的关键一环。 目录 一、电子皮肤：机器人感知能力的关键 一般有温度、法向力、剪切力感知能力，精度和耐用性是电子皮肤的关键参数按原理分类包括压阻式、电容式、压电式、光学式和电磁式未来朝多模态、自愈和更大覆盖面积发展 二、关键要素：材料、制造、算法 材料：由介电材料、活性材料和柔性基材组成，接近人类皮肤特性是主要目标制造：屏蔽电磁干扰是难点，低成本、高效率和稳定生产是主要壁垒算法：传输信号涉及多种物理量，算法复杂，从集中式向分布式转变 三、市场与竞争格局 市场规模：增长速度快，人形机器人应用场景多，机会广阔竞争格局：海外公司占据主要市场，巨头与初创公司兼有，国内公司积极布局送样四、投资建议：当下关注产品送样节奏，降本和量产或为公司长期竞争力汉威科技：兼具材料+制造能力，已实现小批量供货福莱新材：涂布打印材料领军者切入柔性传感器市场柯力传感：力学传感龙头，战略布局机器人传感申昊科技：智能触感赋能机器人，多元场景开启新未来 五、风险提示 2.1材料：电子皮肤主要由介电材料、活性材料、柔性基材组成 ◼电子皮肤一般是由电极、介电材料、活性材料、柔性基材组成。由活性材料组成的活性功能层将环境刺激转换为可检测的点信号，而介电材料通常作为绝缘/传感层，分布在活性功能层的两侧用于接收和传输电信号，柔性基材则起到承载电子皮肤的同时，确保跟生物皮肤或者其他材料兼容性的作用。◼电子皮肤的作用原理是外部压力集中应力在接触点,使互锁型微结构变形,从而导致接触面积和隧穿电流的增加， 实现外界压力互传与反应。 来源：《柔性压阻式压力传感器的研究进展》-李凤超，孔振吴锦华，纪欣宜，梁嘉杰-物理学报2021.10，中泰证券研究所 来源：山东大学生物医学传感工程技术研究中心，中泰证券研究所 2.1柔性基材：聚酰亚胺是理想材料，规模化存在难点 ◼柔性基材是决定是决定人形机器人电子皮肤弹性形变性能的关键因素，需要具备较好的拉伸性能和延展性能。◼目前常用于人形机器人电子皮肤的柔性基材主要是聚二甲基硅氧烷PDMS，而随着柔性基材研究深入，聚酰亚胺逐渐被公认为是柔性电子传感器件的优选基底材料，但成本较高，难以规模化生产。 2.1介电材料：起绝缘隔离作用，介电胶脱颖而出 ◼介电材料起到绝缘隔离，影响传感器的灵敏度、稳定性、响应范围和机械适应性的作用。以往的介电材料一般为传统的弹性材料，但为了满足现代晶体管和电容式触觉传感器可拉伸需求。研发出较高介电常数(k)、较低漏电流、更高偶极密度、更大电流密度、更大能量密度和快速放电以及较低损耗的介电材料是目前的研究热点。◼目前获得高介电常数的介电材料主要分为四种方法，即化学结构设计，添加无机纳米粒子，填充导