研判2025！中國仿生三維電子皮膚行業(yè)設(shè)計概念、產(chǎn)業(yè)鏈及市場規(guī)模分析：行業(yè)技術(shù)實現(xiàn)里程碑突破，推動人形機(jī)器人實現(xiàn)“具身智能”[圖]

內(nèi)容概況：中國仿生三維電子皮膚行業(yè)正迎來從技術(shù)突破到產(chǎn)業(yè)化落地的關(guān)鍵轉(zhuǎn)折。2024年，清華大學(xué)張一慧團(tuán)隊在《科學(xué)》期刊上發(fā)表的仿生三維架構(gòu)研究成果，標(biāo)志著我國在該領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了從平面集成向三維仿生的里程碑式跨越。該成果開創(chuàng)性地實現(xiàn)了壓力、剪切力與應(yīng)變的同步解耦感知，并將感知分辨率提升至0.1毫米，已接近真實皮膚的感知精度。在這一突破性技術(shù)的驅(qū)動下，2024年，中國仿生三維電子皮膚行業(yè)市場規(guī)模為128萬元。預(yù)計2028年，中國仿生三維電子皮膚行業(yè)市場規(guī)?？蛇_(dá)2095萬元，同比增長103.00%，展現(xiàn)出強(qiáng)勁的增長勢頭與巨大的市場潛力。

相關(guān)上市企業(yè)：漢威科技（300007）、福萊新材（605488）

相關(guān)企業(yè)：深圳瑞華泰薄膜科技股份有限公司、安徽國風(fēng)新材料股份有限公司、華潤化學(xué)材料科技股份有限公司、浙江新安化工集團(tuán)股份有限公司、山東東岳有機(jī)硅材料股份有限公司、恒力石化股份有限公司、榮盛石化股份有限公司、上海昊海生物科技股份有限公司、長春高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)（集團(tuán)）股份有限公司、蘇州諾菲納米科技有限公司、漢威科技集團(tuán)股份有限公司、華工科技產(chǎn)業(yè)股份有限公司、深圳市優(yōu)必選科技股份有限公司、深圳邁瑞生物醫(yī)療電子股份有限公司

關(guān)鍵詞：仿生三維電子皮膚、仿生三維電子皮膚市場規(guī)模、仿生三維電子皮膚行業(yè)現(xiàn)狀、仿生三維電子皮膚發(fā)展趨勢

一、行業(yè)概述

人類能夠完成靈巧操作、環(huán)境探索和觸覺任務(wù)，主要依賴皮膚對多模態(tài)機(jī)械刺激的感知能力和大腦的信號處理能力。這些感知源自皮膚中的機(jī)械感受器，將施加在皮膚上的力轉(zhuǎn)換為電信號，傳遞到中樞神經(jīng)系統(tǒng)。默克爾細(xì)胞和Ruffini末梢是兩種關(guān)鍵的機(jī)械感受器，它們分布在皮膚的不同層次，分別對外力和應(yīng)變敏感。而仿生皮膚通過模仿這些感受器的分布，可以開發(fā)出解耦傳感的人工電子皮膚。然而，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的三維電子裝置和傳感元件的分布控制仍是巨大挑戰(zhàn)。盡管已有許多電子皮膚技術(shù)，如表皮電子系統(tǒng)、神經(jīng)形態(tài)皮膚電子系統(tǒng)和多參數(shù)傳感電子皮膚等，但它們尚未能完美模仿機(jī)械感受器的三維分布，并且無法實現(xiàn)與人體皮膚相近的高精度力和應(yīng)變解耦測量。

仿生三維電子皮膚（稱為3DAE-Skin）是一種模擬人體皮膚結(jié)構(gòu)與功能的高科技傳感器系統(tǒng)，通過三維架構(gòu)設(shè)計實現(xiàn)多維度觸覺感知。系統(tǒng)由三層仿生結(jié)構(gòu)構(gòu)成，其中"表皮層"采用剛性聚合物基底模擬角質(zhì)層，負(fù)責(zé)接觸感知；"真皮層"設(shè)置八臂籠狀傳感元件陣列，對應(yīng)默克爾細(xì)胞功能；"皮下組織層"通過拱形結(jié)構(gòu)感知整體形變，模擬魯菲尼氏小體特性。各層彈性模量分別為表皮層0.8MPa、真皮層120kPa、皮下組織層20kPa，與人體皮膚對應(yīng)層力學(xué)性能匹配。

3D電子皮膚由功能、基底和封裝三部分組成。功能部分包括一個5x5的三維結(jié)構(gòu)單元陣列，每個單元采用九層結(jié)構(gòu)，包括兩個力傳感層、兩個應(yīng)變傳感層和五個聚酰亞胺（PI）層。三維電路通過平面微加工技術(shù)制造，并通過力學(xué)引導(dǎo)三維組裝方法進(jìn)行組裝。通過對不同封裝層材料模量的調(diào)控（即在不同封裝層中對應(yīng)選取與人體皮膚相應(yīng)分層模量相近的材料配比），可使得3DAE-Skin中力傳感單元及應(yīng)變傳感器能夠處于與Merkel細(xì)胞和Ruffini小體相似的力學(xué)環(huán)境中，以更好地復(fù)刻皮膚的機(jī)械信號感知功能。

仿生三維電子皮膚與傳統(tǒng)電子皮膚的核心差異在于其仿生結(jié)構(gòu)設(shè)計所帶來的感知維度和智能水平的躍升。傳統(tǒng)電子皮膚多為平面或簡單層壓結(jié)構(gòu)，傳感器在二維空間分布，雖能實現(xiàn)壓力、溫度等基礎(chǔ)感知，但在處理復(fù)雜力學(xué)信號（如壓力與剪切力的同步解耦）時嚴(yán)重依賴算法后期處理，感知維度和精度受限。而仿生三維電子皮膚則從物理結(jié)構(gòu)上模仿了人體皮膚的表皮、真皮、皮下組織三層架構(gòu)，將傳感器在三維空間中進(jìn)行梯度化、立體化集成。這種革命性設(shè)計使其能從物理層面直接解碼壓力、摩擦力、應(yīng)變等多種力學(xué)信號，實現(xiàn)了高達(dá)0.1毫米級的感知分辨率。更重要的是，結(jié)合深度學(xué)習(xí)算法，它能像人類皮膚一樣智能識別物體的軟硬、形狀甚至材質(zhì)，從而在工業(yè)機(jī)器人精密抓取、早期疾病診斷手套、以及能甄別食物新鮮度的智能假肢等高端場景中，展現(xiàn)出遠(yuǎn)超傳統(tǒng)電子皮膚的細(xì)膩感知與情境理解能力，代表了電子皮膚向高性能、高智能方向發(fā)展的前沿。

二、行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈

仿生三維電子皮膚行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈上游主要包括聚酰亞胺（PI）、聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚二甲基硅氧烷（PDMS）、聚酯切片、水凝膠、納米銀線、碳納米管、石墨烯、硅膠、環(huán)氧樹脂、聚氨酯、液態(tài)金屬、壓力傳感器、電容式傳感器、磁敏材料等原材料及零部件。產(chǎn)業(yè)鏈中游為仿生三維電子皮膚研發(fā)生產(chǎn)環(huán)節(jié)。產(chǎn)業(yè)鏈下游主要應(yīng)用于人形機(jī)器人、醫(yī)療健康、消費(fèi)電子、工業(yè)自動化等領(lǐng)域。

2023年，工信部《人形機(jī)器人創(chuàng)新發(fā)展指導(dǎo)意見》落地，北京、上海、深圳等地配套產(chǎn)業(yè)園加速建設(shè)，形成"研發(fā)-中試-量產(chǎn)"全鏈條支持，帶動國內(nèi)人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷攀升。2024年，中國人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)規(guī)模達(dá)27.6億元，同比增長53.33%。預(yù)計到2028年我國人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)規(guī)模達(dá)387億元，同比增長93.50%。仿生三維電子皮膚接近人類皮膚感知極限，支撐人形機(jī)器人完成精密操作任務(wù)，推動人形機(jī)器人實現(xiàn)“具身智能”戰(zhàn)略目標(biāo)。

相關(guān)報告：智研咨詢發(fā)布的《中國仿生三維電子皮膚行業(yè)市場全景調(diào)研及前景戰(zhàn)略研判報告》

三、市場規(guī)模

中國仿生三維電子皮膚行業(yè)正迎來從技術(shù)突破到產(chǎn)業(yè)化落地的關(guān)鍵轉(zhuǎn)折。2024年，清華大學(xué)張一慧團(tuán)隊在《科學(xué)》期刊上發(fā)表的仿生三維架構(gòu)研究成果，標(biāo)志著我國在該領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了從平面集成向三維仿生的里程碑式跨越。該成果開創(chuàng)性地實現(xiàn)了壓力、剪切力與應(yīng)變的同步解耦感知，并將感知分辨率提升至0.1毫米，已接近真實皮膚的感知精度。在這一突破性技術(shù)的驅(qū)動下，2024年，中國仿生三維電子皮膚行業(yè)市場規(guī)模為128萬元。預(yù)計2028年，中國仿生三維電子皮膚行業(yè)市場規(guī)?？蛇_(dá)2095萬元，同比增長103.00%，展現(xiàn)出強(qiáng)勁的增長勢頭與巨大的市場潛力。

四、重點機(jī)構(gòu)及企業(yè)研發(fā)進(jìn)展情況

中國仿生三維電子皮膚行業(yè)正呈現(xiàn)"科研機(jī)構(gòu)引領(lǐng)突破”階段，2024年清華大學(xué)張一慧團(tuán)隊在《科學(xué)》發(fā)表全球首創(chuàng)成果，通過模擬皮膚"表皮-真皮-皮下組織"三層架構(gòu)，實現(xiàn)壓力、剪切力、應(yīng)變的同步解耦感知，分辨率逼近真實皮膚的0.1毫米。這一底層創(chuàng)新為產(chǎn)業(yè)撕開突破口，2025年浙江清華柔性電子技術(shù)研究院率先發(fā)布國內(nèi)首個商業(yè)化三維電子皮膚，在指尖面積集成240個金屬傳感器，并與福萊新材共建聯(lián)合實驗室推進(jìn)柔性微系統(tǒng)制造。

浙江清華柔性電子技術(shù)研究院作為清華大學(xué)柔性電子技術(shù)的轉(zhuǎn)化平臺，浙江清華柔性電子技術(shù)研究院（前身項目2016年落地嘉興，2021年獲批國家重點實驗室）于2025年5月發(fā)布國內(nèi)首個公開的商業(yè)化仿生三維電子皮膚。該研究院副研究員陳毅豪領(lǐng)銜的團(tuán)隊，在張一慧教授技術(shù)體系基礎(chǔ)上，開發(fā)出多向仿生觸覺傳感皮膚（MBT-Skin），通過三維柔性新架構(gòu)實現(xiàn)壓力與摩擦力的同時直接識別，其食指指尖面積內(nèi)集成240個金屬傳感器，已應(yīng)用于半導(dǎo)體晶圓檢測，抽檢效率提升90%。研究獲國家自然科學(xué)基金委浙江省區(qū)域創(chuàng)新發(fā)展聯(lián)合基金集成項目資助。2025年6月，研究院與福萊新材共建智能感知聯(lián)合實驗室，推動柔性微系統(tǒng)制造與超寬域壓力傳感器產(chǎn)業(yè)化，標(biāo)志著學(xué)術(shù)成果向供應(yīng)鏈體系的深度滲透。

清華大學(xué)航天航空學(xué)院、柔性電子技術(shù)實驗室張一慧教授課題組于2024年6月在《科學(xué)》雜志發(fā)表世界首個仿生三維架構(gòu)電子皮膚系統(tǒng)，開創(chuàng)性地提出"表皮-真皮-皮下組織"三層仿生設(shè)計概念。該研究模仿人類皮膚中梅克爾細(xì)胞和魯菲尼氏小體的三維空間分布，通過八臂籠狀力傳感單元與底部拱形應(yīng)變傳感器的垂直分離設(shè)計，在物理層面實現(xiàn)壓力、剪切力、應(yīng)變的同步解耦感知，壓力位置分辨率約0.1毫米，接近真實皮膚水平。這一成果不僅解決了傳統(tǒng)電子皮膚信號串?dāng)_的瓶頸，更通過深度學(xué)習(xí)算法賦予其測量物體模量與主曲率的能力，為機(jī)器人靈巧操作提供了"觸覺神經(jīng)"。2025年，團(tuán)隊持續(xù)深耕，相關(guān)研究拓展至軟機(jī)器應(yīng)用領(lǐng)域，成果發(fā)表于《先進(jìn)傳感器研究》期刊。

五、行業(yè)發(fā)展趨勢

1、從毫米級向微米級跨越，微納加工與AI算法協(xié)同驅(qū)動感知精度革命

當(dāng)前，中國仿生三維電子皮膚的分辨率已逼近0.1毫米水平，如清華大學(xué)張一慧團(tuán)隊2024年發(fā)表于《科學(xué)》的成果，通過八臂籠狀傳感單元與拱形應(yīng)變傳感器的垂直分離設(shè)計，實現(xiàn)了亞毫米級壓力定位。然而，這一精度僅能模擬人類皮膚的宏觀觸覺，未來技術(shù)演進(jìn)將直指微米乃至納米級分辨率，以滿足半導(dǎo)體晶圓檢測、微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人等場景對微觀形貌識別的極致需求。技術(shù)路徑呈現(xiàn)三重突破：其一，微納結(jié)構(gòu)制造，通過激光直寫、納米壓印與3D打印技術(shù)，在單平方厘米內(nèi)集成超過1000個傳感節(jié)點，使傳感器密度提升至當(dāng)前400節(jié)點水平的2.5倍以上；其二，材料微觀設(shè)計，利用MXene等二維材料的原子級厚度特性，構(gòu)建半橢球微結(jié)構(gòu)陣列，將壓阻傳感靈敏度提升至291699.6 kPa?1級別；其三，AI超分辨重建，通過深度學(xué)習(xí)算法對稀疏傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行插值與去噪，在硬件密度受限條件下實現(xiàn)虛擬分辨率倍增。

2、從單點力傳感向"觸覺-溫度-化學(xué)"全域感知演進(jìn)，異構(gòu)數(shù)據(jù)融合重構(gòu)機(jī)器人環(huán)境理解能力

人形機(jī)器人應(yīng)用場景的復(fù)雜化，驅(qū)動電子皮膚從單一壓力檢測向多物理場耦合感知升級。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)已明確指向集成壓力、溫度、濕度、紋理、滑移乃至生化標(biāo)志物的全能型電子皮膚。技術(shù)實現(xiàn)需突破兩大壁壘：一是傳感器異質(zhì)集成，在三維架構(gòu)中分層布置壓阻式力傳感單元、熱電偶/熱敏電阻溫度層、電容式濕度電極及摩擦電紋理感知層，通過蛇形互聯(lián)導(dǎo)線實現(xiàn)可拉伸共形封裝。福萊新材2025年發(fā)布的第二代產(chǎn)品正是這一路徑的典范，其指尖傳感器可同時捕獲壓力、剪切力、接近覺和溫度信號，響應(yīng)時間縮短至毫秒級。二是多模態(tài)信號解耦，傳統(tǒng)分時復(fù)用采集導(dǎo)致信息延遲，未來趨勢是采用自適應(yīng)濾波與輕量化AI模型（如MobileNet架構(gòu)），在邊緣端實時分離混雜信號，識別效率需從當(dāng)前60%提升至90%以上。更前沿的方向是化學(xué)感知融合，通過集成離子選擇性電極與氣體傳感器，使電子皮膚具備識別食物腐敗度、人體汗液代謝物的能力，這對家庭服務(wù)機(jī)器人與可穿戴醫(yī)療至關(guān)重要。

3、從機(jī)械適配向"生物-電子"界面融合演進(jìn)，可降解材料與自修復(fù)系統(tǒng)開啟醫(yī)療級應(yīng)用新紀(jì)元

仿生電子皮膚在醫(yī)療康養(yǎng)、人體增強(qiáng)領(lǐng)域的滲透，對生物相容性、可降解性與長期安全性提出嚴(yán)苛要求。當(dāng)前技術(shù)瓶頸在于：傳統(tǒng)PDMS、Ecoflex等材料雖具備柔性與可拉伸性，但存在透氣性差、致敏風(fēng)險，且植入體內(nèi)后難以降解，長期植入會引發(fā)炎癥反應(yīng)。未來技術(shù)演進(jìn)呈現(xiàn)三大方向：其一，仿生材料設(shè)計，開發(fā)基于絲蛋白、纖維素、海藻酸鈉等天然高分子的本征可降解電子皮膚，浙江大學(xué)團(tuán)隊已研制出可在體內(nèi)6個月完全降解的傳感貼片，拉伸度達(dá)200%且保持生物電信號穩(wěn)定傳導(dǎo)。其二，透氣性與共形性平衡，清華大學(xué)徐曉敏團(tuán)隊開發(fā)的10微米超薄水凝膠皮膚，具備與人體皮膚相近的透濕率（>800 g/m2/day），可連續(xù)佩戴7天無不適感，為長期健康監(jiān)測提供了可能。其三，自修復(fù)與抗菌功能集成，通過動態(tài)共價鍵或超分子作用構(gòu)建自愈合網(wǎng)絡(luò)，使電子皮膚在機(jī)械損傷后10分鐘內(nèi)恢復(fù)80%功能，同時負(fù)載銀納米顆?；蚩股貙崿F(xiàn)抗菌，這對于植入式設(shè)備至關(guān)重要。

以上數(shù)據(jù)及信息可參考智研咨詢（www.rainbowgiftswholesale.com）發(fā)布的《中國仿生三維電子皮膚行業(yè)市場全景調(diào)研及前景戰(zhàn)略研判報告》。智研咨詢是中國領(lǐng)先產(chǎn)業(yè)咨詢機(jī)構(gòu)，提供深度產(chǎn)業(yè)研究報告、商業(yè)計劃書、可行性研究報告及定制服務(wù)等一站式產(chǎn)業(yè)咨詢服務(wù)。您可以關(guān)注【智研咨詢】公眾號，每天及時掌握更多行業(yè)動態(tài)。