電子皮膚到腦機(jī)接口：物理交互端到神經(jīng)交互端

在智能機(jī)器人、可穿戴設(shè)備、智能假肢與腦機(jī)接口加速發(fā)展的背景下，電子皮膚正在從實(shí)驗(yàn)室里的柔性傳感器，走向真實(shí)產(chǎn)業(yè)場景。它的價(jià)值不只是“讓機(jī)器感知壓力”，而是讓機(jī)器、人體與環(huán)境之間建立一種連續(xù)、柔性、可反饋的觸覺連接。

一、電子皮膚是什么？

電子皮膚，通常指一種模擬甚至拓展人類皮膚感知能力的柔性電子系統(tǒng)。它能夠感知壓力、拉伸、溫度、濕度、接近、紋理、pH 等外界刺激，并將這些物理或化學(xué)信號轉(zhuǎn)換為電信號。與傳統(tǒng)剛性傳感器相比，電子皮膚強(qiáng)調(diào)柔性、可拉伸、輕薄貼合、多模態(tài)感知和陣列化集成，目標(biāo)是像真實(shí)皮膚一樣覆蓋在人體、機(jī)器人或物體表面。

從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)看，電子皮膚通常由柔性基底、導(dǎo)電敏感材料、傳感陣列、柔性電路、信號處理模塊、無線通信模塊以及算法模型組成。它不是一個(gè)孤立器件，而是一套“感知—采集—處理—反饋”的觸覺系統(tǒng)。

新一代人工智能電子皮膚

這也是電子皮膚區(qū)別于傳統(tǒng)傳感器的關(guān)鍵：傳統(tǒng)傳感器往往只解決單點(diǎn)測量問題，而電子皮膚要解決的是大面積、復(fù)雜曲面、連續(xù)形變、多模態(tài)交互下的感知問題。

二、技術(shù)路線：壓阻式占主流，多模態(tài)融合成為方向

按照信號轉(zhuǎn)換原理，電子皮膚主要包括壓阻式、電容式、壓電式、摩擦電式、離子導(dǎo)電式、光學(xué)式和電磁式等路線。當(dāng)前產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用中，壓阻式方案較為主流，原因在于其結(jié)構(gòu)相對簡單、響應(yīng)速度快、靈敏度高、成本更容易控制。

壓阻式電子皮膚通常將碳納米管、石墨烯、銀納米線、導(dǎo)電聚合物等敏感材料嵌入 PDMS、Ecoflex、聚氨酯等柔性基底。當(dāng)外部壓力、彎曲或拉伸作用于材料時(shí)，內(nèi)部導(dǎo)電通路發(fā)生變化，電阻隨之改變，從而反推出外界刺激強(qiáng)度。電容式路線則依靠電極間距、接觸面積或介電常數(shù)變化實(shí)現(xiàn)檢測，適合高分辨率觸覺陣列。壓電式與摩擦電式具有自供電潛力，適用于低功耗可穿戴、振動檢測和運(yùn)動感知場景。

電子皮膚從原型到功能到智能化的演變過程

但未來競爭的重點(diǎn)，不會停留在單一傳感原理上，而會轉(zhuǎn)向多模態(tài)融合。真實(shí)皮膚感知的不是單一壓力，而是壓力、剪切力、溫度、滑移、紋理、接近等多維信息的組合。電子皮膚正在從單一感知轉(zhuǎn)向多模態(tài)感知，并進(jìn)一步與機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)從“信號采集”到“觸覺理解”的升級。

途見科技的案例具有代表性。該公司選擇“本征可拉伸材料+多模態(tài)融合”路線，不是簡單在基底板材上堆疊大量傳感器，而是將傳感功能直接集成到材料層中，讓材料本身成為傳感器。其電子皮膚可覆蓋人手、關(guān)節(jié)等復(fù)雜不可展曲面，并同時(shí)感知法向力、切向力、接近覺、溫度、紋理等信息。

三、技術(shù)分類：從功能看，電子皮膚可分為六類

第一類是多功能電子皮膚。它在同一柔性基底上集成壓力、溫度、濕度、應(yīng)變、pH 等不同傳感單元，適用于機(jī)器人觸覺、健康監(jiān)測和人機(jī)交互等需要綜合感知的場景。

第二類是可拉伸電子皮膚。它強(qiáng)調(diào)在拉伸、彎曲、扭曲狀態(tài)下仍能穩(wěn)定工作，通常依靠液態(tài)金屬、導(dǎo)電聚合物、碳納米管、石墨烯、銀納米線等材料，以及蛇形結(jié)構(gòu)、多孔結(jié)構(gòu)、褶皺結(jié)構(gòu)等設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。

第三類是自愈合電子皮膚。它在受到劃傷、刺穿等物理損傷后，可以自主或在加熱、光照等外部刺激下恢復(fù)機(jī)械性能與電學(xué)性能。這類技術(shù)有助于延長電子皮膚壽命，降低維護(hù)成本。

第四類是自供電電子皮膚。它利用摩擦電、壓電、熱電等方式從人體運(yùn)動或環(huán)境中收集能量，減少對外部電池的依賴，適合長期佩戴和分布式感知系統(tǒng)。

第五類是仿生電子皮膚。它借鑒章魚吸盤、變色龍皮膚、弱電魚電感受器等生物結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)可控粘附、接近感知、光電顯示等特殊功能。

第六類是智能電子皮膚。它與 AI 算法結(jié)合，對多模態(tài)觸覺數(shù)據(jù)進(jìn)行識別、分析和決策，不再只是“采集信號”，而是能夠形成觸覺認(rèn)知。

四、應(yīng)用場景：機(jī)器人最先爆發(fā)，醫(yī)療與腦機(jī)接口長期潛力更大

當(dāng)前電子皮膚最明確的產(chǎn)業(yè)牽引來自具身智能和人形機(jī)器人。

機(jī)器人依靠視覺可以識別物體位置和形狀，但要真正完成抓取、搬運(yùn)、翻轉(zhuǎn)、貼合、握手、擁抱等動作，僅靠視覺遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。它還需要知道物體軟硬、是否滑移、接觸面積多大、施力是否過重。在近日，F(xiàn)igure AI 的分揀直播中，F(xiàn)igure 03 指尖配備柔性觸覺電子皮膚，官方稱可感知低至 3 克的壓力變化，并在快遞袋、快遞箱分揀任務(wù)中完成翻轉(zhuǎn)、推送等細(xì)膩操作。

電子皮膚的傳感器、輸出和特性及應(yīng)用概述

這說明電子皮膚對機(jī)器人而言，不只是提升體驗(yàn)的附加功能，而是讓機(jī)器人從“看得見”走向“干得了”的關(guān)鍵部件。

在醫(yī)療健康領(lǐng)域，電子皮膚可用于心率、體溫、呼吸、血壓、血氧、皮電等生理信號的連續(xù)監(jiān)測，也可通過汗液檢測葡萄糖、乳酸等生物標(biāo)志物，為慢病管理、運(yùn)動健康和個(gè)性化醫(yī)療提供支持。

在智能假肢與康復(fù)領(lǐng)域，電子皮膚可以讓假肢感知壓力、溫度、質(zhì)地和接觸狀態(tài)，為截肢者提供更自然的觸覺反饋。對于康復(fù)訓(xùn)練，它還可以監(jiān)測關(guān)節(jié)角度、運(yùn)動軌跡和受力狀態(tài)，幫助醫(yī)生進(jìn)行評估。

在智能汽車領(lǐng)域，電子皮膚可應(yīng)用于智能座椅自適應(yīng)調(diào)節(jié)、方向盤握姿識別、智能表面觸控等場景。據(jù)悉，途見科技已將電子皮膚商業(yè)化版圖從具身智能拓展至智能汽車、健康生活與情感陪伴領(lǐng)域，其智能汽車座椅預(yù)計(jì)迎來集中交付。

在工業(yè)和特種場景中，電子皮膚可貼附在橋梁、機(jī)翼、管道和建筑表面，用于應(yīng)力、裂紋、疲勞程度監(jiān)測，也可用于極端環(huán)境下的溫度、壓力、有毒氣體、輻射等安全預(yù)警。

五、產(chǎn)業(yè)鏈：上游材料與芯片，中游模組制造，下游場景牽引

電子皮膚產(chǎn)業(yè)鏈可分為上游、中游和下游。

上游主要包括柔性基底、封裝材料、導(dǎo)電敏感材料、活性材料、傳感芯片、柔性電路板、微型連接器等。其中，柔性基底和敏感材料決定電子皮膚的基本性能，芯片和柔性電路決定信號采集、處理和系統(tǒng)集成能力。調(diào)研顯示，瑞華泰、泛亞微透等企業(yè)提供 PI 薄膜、ePTFE 等原材料，芯海科技、弘信電子等企業(yè)涉及傳感芯片和柔性電路板。

中游主要是電子皮膚制造與系統(tǒng)集成，包括柔性觸覺傳感器、電子皮膚模組、機(jī)器人觸覺方案、智能座艙觸覺方案等。相關(guān)企業(yè)包括漢威科技、福萊新材、途見科技、帕西尼感知、靈動佳芯、墨現(xiàn)科技等。

下游主要包括人形機(jī)器人、靈巧手、醫(yī)療健康、智能假肢、可穿戴設(shè)備、智能汽車、工業(yè)檢測和特種安全等場景。當(dāng)前最強(qiáng)牽引來自機(jī)器人及靈巧手。材料顯示，2025 年中國電子皮膚下游應(yīng)用中，機(jī)器人及靈巧手采購需求最大，按采購金額占比達(dá) 76.5%。

市場規(guī)模方面，2024 年全球電子皮膚市場規(guī)模約為 63 億美元，預(yù)計(jì) 2034 年達(dá)到 310.6 億美元，2024—2034 年復(fù)合增速約 17.3%。中國市場方面，2024 年中國電子皮膚市場規(guī)模約 3.869 億美元，折合約 27.6 億元人民幣；2025 年預(yù)計(jì)約 34.3 億元，2031 年有望達(dá)到 126.4 億元。

這說明電子皮膚仍處于產(chǎn)業(yè)化早期，但增長動力已經(jīng)較為明確：短期看機(jī)器人，中期看智能汽車和可穿戴，長期看醫(yī)療、康復(fù)與人機(jī)融合。

六、政策環(huán)境：智能制造、人形機(jī)器人與柔性傳感共同推動

政策層面，電子皮膚并不是孤立產(chǎn)業(yè)，而是嵌入智能制造、機(jī)器人、未來產(chǎn)業(yè)、柔性電子和高端傳感器體系中。

自“十四五”以來，我國圍繞智能制造、機(jī)器人、未來產(chǎn)業(yè)等方向持續(xù)出臺政策，將電子皮膚、柔性觸覺傳感、仿生感知、多模態(tài)傳感與交互等納入關(guān)鍵技術(shù)突破方向。人形機(jī)器人相關(guān)政策中，也明確要求突破電子皮膚、仿生感知等關(guān)鍵技術(shù)，推動其在制造、民生、特種場景中的示范應(yīng)用。

政策對電子皮膚產(chǎn)業(yè)的意義，主要體現(xiàn)在三個(gè)層面。

第一，明確技術(shù)攻關(guān)方向。電子皮膚涉及材料、芯片、柔性制造、傳感器、AI 算法和系統(tǒng)集成，屬于典型交叉技術(shù)，需要政策層面推動協(xié)同攻關(guān)。

第二，提供應(yīng)用牽引。人形機(jī)器人、智能制造、智慧醫(yī)療、特種裝備等政策方向，為電子皮膚提供了更清晰的落地場景。

第三，推動標(biāo)準(zhǔn)化。電子皮膚要進(jìn)入機(jī)器人、醫(yī)療和汽車等領(lǐng)域，必須解決接口標(biāo)準(zhǔn)、性能測試、可靠性驗(yàn)證、數(shù)據(jù)格式和安全規(guī)范等問題。未來標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)將直接影響產(chǎn)業(yè)規(guī)模化速度。

七、電子皮膚是“觸覺輸入端”，腦機(jī)接口是“神經(jīng)交互端”

電子皮膚與腦機(jī)接口并不是同一類技術(shù)，但二者存在非常緊密的關(guān)系。

從功能上看，電子皮膚解決的是外界觸覺信息的采集問題，腦機(jī)接口解決的是神經(jīng)系統(tǒng)與外部設(shè)備之間的信息讀寫問題。換句話說，電子皮膚更像是“外周感知層”，腦機(jī)接口更像是“神經(jīng)接口層”。

在智能假肢場景中，這種關(guān)系最清晰。電子皮膚可以布置在假肢手指、手掌或關(guān)節(jié)表面，采集壓力、溫度、滑移、紋理等觸覺信息；腦機(jī)接口則可以讀取使用者的運(yùn)動意圖，控制假肢動作，或者將電子皮膚采集到的觸覺信息通過神經(jīng)刺激反饋給使用者。這樣，假肢就不只是“能動”，還可能“有感覺”。

這也意味著，未來高階假肢系統(tǒng)可能由三部分組成：第一是腦機(jī)接口讀取運(yùn)動意圖；第二是機(jī)器人假肢執(zhí)行動作；第三是電子皮膚采集觸覺并形成反饋。只有這三者閉環(huán)，假肢才可能接近自然肢體的使用體驗(yàn)。

在人形機(jī)器人和具身智能場景中，電子皮膚與腦機(jī)接口的關(guān)系則體現(xiàn)在人機(jī)協(xié)同。腦機(jī)接口可以讓人以神經(jīng)信號、腦電信號或肌電信號控制機(jī)器人，而電子皮膚可以讓機(jī)器人感知人與環(huán)境的接觸狀態(tài)。一個(gè)負(fù)責(zé)“意圖輸入”，一個(gè)負(fù)責(zé)“觸覺反饋”，共同構(gòu)成人機(jī)交互閉環(huán)。

在康復(fù)醫(yī)療中，電子皮膚可用于監(jiān)測患者運(yùn)動姿態(tài)、關(guān)節(jié)受力、肌肉活動和皮膚接觸狀態(tài)；腦機(jī)接口可用于識別運(yùn)動意圖、驅(qū)動外骨骼或刺激神經(jīng)肌肉系統(tǒng)。二者結(jié)合后，可形成“意圖識別—動作輔助—觸覺反饋—康復(fù)評估”的閉環(huán)系統(tǒng)。

從更長期看，電子皮膚可能成為腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)的重要外圍技術(shù)。腦機(jī)接口如果只停留在大腦信號讀取，應(yīng)用邊界會受到限制；但如果結(jié)合電子皮膚、機(jī)器人、外骨骼、智能假肢和觸覺反饋系統(tǒng)，就能從“腦控設(shè)備”進(jìn)一步走向“神經(jīng)—身體—機(jī)器”的融合系統(tǒng)。

因此，電子皮膚不是腦機(jī)接口的替代技術(shù)，而是腦機(jī)接口走向真實(shí)應(yīng)用場景的重要補(bǔ)充。特別是在感覺反饋、智能假肢、康復(fù)機(jī)器人、具身智能和人機(jī)交互中，電子皮膚有望成為腦機(jī)接口閉環(huán)系統(tǒng)中的關(guān)鍵感知入口。

八、產(chǎn)業(yè)判斷：電子皮膚的真正價(jià)值，是觸覺數(shù)據(jù)與閉環(huán)控制

電子皮膚過去長期停留在科研和小規(guī)模應(yīng)用階段，核心原因并不是技術(shù)沒有進(jìn)展，而是缺少足夠強(qiáng)的商業(yè)化牽引。具身智能的爆發(fā)改變了這一點(diǎn)。機(jī)器人要從展示走向真實(shí)生產(chǎn)力，必須補(bǔ)齊觸覺感知；大模型要進(jìn)入物理世界，也需要真實(shí)觸覺數(shù)據(jù)建立訓(xùn)練閉環(huán)。

短期看，電子皮膚最先放量的場景將是機(jī)器人靈巧手、機(jī)器人全身觸覺、觸覺手套和智能汽車座艙。中期看，醫(yī)療監(jiān)測、智能假肢、康復(fù)機(jī)器人、VR/AR 觸覺反饋和工業(yè)檢測會逐步擴(kuò)展。長期看，電子皮膚可能成為機(jī)器人、可穿戴設(shè)備、智能假肢和腦機(jī)接口系統(tǒng)的基礎(chǔ)感知層。

但行業(yè)仍面臨三類挑戰(zhàn)。

第一，技術(shù)路線尚未完全收斂。壓阻式目前較為主流，但電容式、壓電式、光學(xué)式、離子導(dǎo)電式等路線仍在發(fā)展，不同場景可能對應(yīng)不同最優(yōu)方案。

第二，規(guī)模化制造能力仍需驗(yàn)證。電子皮膚要實(shí)現(xiàn)大面積覆蓋、復(fù)雜曲面貼合、長期穩(wěn)定運(yùn)行和低成本量產(chǎn)，并不容易。

第三，觸覺數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)尚未建立。不同廠商的傳感信號、采樣方式、標(biāo)定體系和模型接口并不統(tǒng)一，這會影響機(jī)器人訓(xùn)練、跨平臺適配和產(chǎn)業(yè)協(xié)同。

因此，電子皮膚未來的競爭不會只是“誰的傳感器更靈敏”，而會轉(zhuǎn)向“誰能穩(wěn)定量產(chǎn)”“誰能形成高質(zhì)量觸覺數(shù)據(jù)閉環(huán)”“誰能綁定機(jī)器人、汽車、醫(yī)療和腦機(jī)接口等關(guān)鍵應(yīng)用場景”。

從這個(gè)角度看，電子皮膚正處在從柔性傳感器走向觸覺操作系統(tǒng)的關(guān)鍵階段。它既是機(jī)器人進(jìn)入物理世界的觸覺底座，也是智能假肢、康復(fù)系統(tǒng)和腦機(jī)接口閉環(huán)應(yīng)用的重要基礎(chǔ)。

參考來源：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemrev.4c00049

Advances in electronic skin research. Scientia Sinica Informationis

https://mp.weixin.qq.com/s/xS5aSG1FCpvSp3min1BjlA

https://mp.weixin.qq.com/s/ZwV5dRL1LTbXDpg6COe23w

Electronic Skin: Recent Progress and Future Prospects for Skin‐Attachable Devices for Health Monitoring, Robotics, and Prosthetics

腦機(jī)接口社區(qū)是國內(nèi)首家腦機(jī)接口(BCI)產(chǎn)業(yè)服務(wù)平臺。主要為企業(yè)、科研團(tuán)隊(duì)、投資機(jī)構(gòu)和從業(yè)者提供以下服務(wù)：

宣傳報(bào)道：圖文、短視頻、直播形式報(bào)道企業(yè)動態(tài)、技術(shù)解讀、產(chǎn)品介紹等內(nèi)容，提升曝光和行業(yè)影響力。

資源對接：根據(jù)需求匹配資本、供應(yīng)鏈、臨床機(jī)構(gòu)、渠道方等資源，完成真實(shí)對接，促進(jìn)合作。

成果轉(zhuǎn)化：協(xié)助技術(shù)團(tuán)隊(duì)尋找產(chǎn)業(yè)方、投資人及落地場景，推動技術(shù)到產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化。

活動策劃執(zhí)行：承接線上線下路演、沙龍、論壇等活動的策劃與執(zhí)行。

其他定制需求：包括報(bào)告定制、市場調(diào)研、人才招聘支持等個(gè)性化服務(wù)。

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