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，清華大學張一慧團隊在《科學》期刊上發(fā)表的仿生三維架構(gòu)研究成果，標志著我國在該領(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。預計2028年，中國仿生三維電子皮膚行業(yè)市場規(guī)?？蛇_2095萬元，同比增長103.00%，展現(xiàn)出強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、安徽國風新材料股份有限公司、華潤化學材料科技股份有限公司、浙江新安化工集團股份有限公司、山東東岳有機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）股份有限公司、蘇州諾菲納米科技有限公司、漢威科技集團股份有限公司、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，主要依賴皮膚對多模態(tài)機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)。默克爾細胞和Ruffini末梢是兩種關(guān)鍵的機械感受器，它們分布在皮膚的不同層次，分別對外力和應變敏感。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，負責接觸感知；"真皮層"設(shè)置八臂籠狀傳感元件陣列，對應默克爾細胞功能；"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，與人體皮膚對應層力學性能匹配。

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，并通過力學引導三維組裝方法進行組裝。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選取與人體皮膚相應分層模量相近的材料配比），可使得3DAE-Skin中力傳感單元及應變傳感器能夠處于與Merkel細胞和Ruffini小體相似的力學環(huán)境中，以更好地復刻皮膚的機械信號感知功能。

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，但在處理復雜力學信號（如壓力與剪切力的同步解耦）時嚴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、應變等多種力學信號，實現(xiàn)了高達0.1毫米級的感知分辨率。更重要的是，結(jié)合深度學習算法，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)出遠超傳統(tǒng)電子皮膚的細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)鏈下游主要應用于人形機器人、醫(yī)療健康、消費電子、工業(yè)自動化等領(lǐng)域。

2023年，工信部《人形機器人創(chuàng)新發(fā)展指導意見》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)人形機器人產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷攀升。2024年，中國人形機器人產(chǎn)業(yè)規(guī)模達27.6億元，同比增長53.33%。預計到2028年我國人形機器人產(chǎn)業(yè)規(guī)模達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，支撐人形機器人完成精密操作任務，推動人形機器人實現(xiàn)“具身智能”戰(zhàn)略目標。

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，清華大學張一慧團隊在《科學》期刊上發(fā)表的仿生三維架構(gòu)研究成果，標志著我國在該領(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。預計2028年，中國仿生三維電子皮膚行業(yè)市場規(guī)?？蛇_2095萬元，同比增長103.00%，展現(xiàn)出強勁的增長勢頭與巨大的市場潛力。

四、重點機構(gòu)及企業(yè)研發(fā)進展情況

中國仿生三維電子皮膚行業(yè)正呈現(xiàn)"科研機構(gòu)引領(lǐng)突破”階段，2024年清華大學張一慧團隊在《科學》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，已應用于半導體晶圓檢測，抽檢效率提升90%。研究獲國家自然科學基金委浙江省區(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，標志著學術(shù)成果向供應鏈體系的深度滲透。

清華大學航天航空學院、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》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)電子皮膚信號串擾的瓶頸，更通過深度學習算法賦予其測量物體模量與主曲率的能力，為機器人靈巧操作提供了"觸覺神經(jīng)"。2025年，團隊持續(xù)深耕，相關(guān)研究拓展至軟機器應用領(lǐng)域，成果發(fā)表于《先進傳感器研究》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，如清華大學張一慧團隊2024年發(fā)表于《科學》的成果，通過八臂籠狀傳感單元與拱形應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)演進將直指微米乃至納米級分辨率，以滿足半導體晶圓檢測、微創(chuàng)手術(shù)機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，通過深度學習算法對稀疏傳感器數(shù)據(jù)進行插值與去噪，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"全域感知演進，異構(gòu)數(shù)據(jù)融合重構(gòu)機器人環(huán)境理解能力

人形機器人應用場景的復雜化，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)標準已明確指向集成壓力、溫度、濕度、紋理、滑移乃至生化標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，響應時間縮短至毫秒級。二是多模態(tài)信號解耦，傳統(tǒng)分時復用采集導致信息延遲，未來趨勢是采用自適應濾波與輕量化AI模型（如MobileNet架構(gòu)），在邊緣端實時分離混雜信號，識別效率需從當前60%提升至90%以上。更前沿的方向是化學感知融合，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，這對家庭服務機器人與可穿戴醫(yī)療至關(guān)重要。

3、從機械適配向"生物-電子"界面融合演進，可降解材料與自修復系統(tǒng)開啟醫(yī)療級應用新紀元

仿生電子皮膚在醫(yī)療康養(yǎng)、人體增強領(lǐng)域的滲透，對生物相容性、可降解性與長期安全性提出嚴苛要求。當前技術(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、致敏風險，且植入體內(nèi)后難以降解，長期植入會引發(fā)炎癥反應。未來技術(shù)演進呈現(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，浙江大學團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200%且保持生物電信號穩(wěn)定傳導。其二，透氣性與共形性平衡，清華大學徐曉敏團隊開發(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)，使電子皮膚在機械損傷后10分鐘內(nèi)恢復80%功能，同時負載銀納米顆?；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（elizabethfrankierollins.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等一站式產(chǎn)業(yè)咨詢服務。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)。