汽车行业深度：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

1【中泰汽车】行业深度：人形机器人感知能力的关键，电子皮肤升级竞赛主战场之一2025年4月23日汽车行业首席分析师：何俊艺S0740523020004hjy@zts.com.cn汽车行业分析师：刘欣畅S0740522120003liuxc03@zts.com.cn汽车行业分析师：毛䶮玄S0740523020003maoyx@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证券研究报告报告电子皮肤：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。2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34图表2：机器人触觉传感系统的层次功能和结构框图来源：《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◼ 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。图表1：柔性触觉传感器的应用来源：《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5◼ 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。图表3：电子皮肤感知能力与技术实现原理、材料和应用场景来源：中泰证券研究所能力感知维度技术原理代表材料/技术应用场景温度感知热响应将温差转化为电信号PVDF、石墨烯高低温识别、健康监测法向力感知垂直压力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PDMS、碳纳米管、金属纳米抓握力度判断、接触识别剪切力感知平行剪切当外部滑动力施加后，液态电解质层发生形变，引发电信号变化微金字塔、仿指纹结构摩擦判断、滑移检测6◼ 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。图表5：NTC型热敏电阻特性曲线图表4：人体皮肤热感受器工作机理图表6：电子皮肤热感受器工作机理来源：高分子科学前沿，吉林大学，中泰证券研究所来源：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7◼ 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。图表7：传感器阵列模仿人类皮肤的多层结构设计来源：中国电子报，中泰证券研究