研判2025！中国仿生三维电子皮肤行业设计概念、产业链及市场规模分析：行业技术实现里程碑突破，推动人形机器人实现“具身智能”[图]

内容概况：中国仿生三维电子皮肤行业正迎来从技术突破到产业化落地的关键转折。2024年，清华大学张一慧团队在《科学》期刊上发表的仿生三维架构研究成果，标志着我国在该领域实现了从平面集成向三维仿生的里程碑式跨越。该成果开创性地实现了压力、剪切力与应变的同步解耦感知，并将感知分辨率提升至0.1毫米，已接近真实皮肤的感知精度。在这一突破性技术的驱动下，2024年，中国仿生三维电子皮肤行业市场规模为128万元。预计2028年，中国仿生三维电子皮肤行业市场规模可达2095万元，同比增长103.00%，展现出强劲的增长势头与巨大的市场潜力。

相关上市企业：汉威科技（300007）、福莱新材（605488）

相关企业：深圳瑞华泰薄膜科技股份有限公司、安徽国风新材料股份有限公司、华润化学材料科技股份有限公司、浙江新安化工集团股份有限公司、山东东岳有机硅材料股份有限公司、恒力石化股份有限公司、荣盛石化股份有限公司、上海昊海生物科技股份有限公司、长春高新技术产业（集团）股份有限公司、苏州诺菲纳米科技有限公司、汉威科技集团股份有限公司、华工科技产业股份有限公司、深圳市优必选科技股份有限公司、深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司

关键词：仿生三维电子皮肤、仿生三维电子皮肤市场规模、仿生三维电子皮肤行业现状、仿生三维电子皮肤发展趋势

一、行业概述

人类能够完成灵巧操作、环境探索和触觉任务，主要依赖皮肤对多模态机械刺激的感知能力和大脑的信号处理能力。这些感知源自皮肤中的机械感受器，将施加在皮肤上的力转换为电信号，传递到中枢神经系统。默克尔细胞和Ruffini末梢是两种关键的机械感受器，它们分布在皮肤的不同层次，分别对外力和应变敏感。而仿生皮肤通过模仿这些感受器的分布，可以开发出解耦传感的人工电子皮肤。然而，结构复杂的三维电子装置和传感元件的分布控制仍是巨大挑战。尽管已有许多电子皮肤技术，如表皮电子系统、神经形态皮肤电子系统和多参数传感电子皮肤等，但它们尚未能完美模仿机械感受器的三维分布，并且无法实现与人体皮肤相近的高精度力和应变解耦测量。

仿生三维电子皮肤（称为3DAE-Skin）是一种模拟人体皮肤结构与功能的高科技传感器系统，通过三维架构设计实现多维度触觉感知。系统由三层仿生结构构成，其中"表皮层"采用刚性聚合物基底模拟角质层，负责接触感知；"真皮层"设置八臂笼状传感元件阵列，对应默克尔细胞功能；"皮下组织层"通过拱形结构感知整体形变，模拟鲁菲尼氏小体特性。各层弹性模量分别为表皮层0.8MPa、真皮层120kPa、皮下组织层20kPa，与人体皮肤对应层力学性能匹配。

3D电子皮肤由功能、基底和封装三部分组成。功能部分包括一个5x5的三维结构单元阵列，每个单元采用九层结构，包括两个力传感层、两个应变传感层和五个聚酰亚胺（PI）层。三维电路通过平面微加工技术制造，并通过力学引导三维组装方法进行组装。通过对不同封装层材料模量的调控（即在不同封装层中对应选取与人体皮肤相应分层模量相近的材料配比），可使得3DAE-Skin中力传感单元及应变传感器能够处于与Merkel细胞和Ruffini小体相似的力学环境中，以更好地复刻皮肤的机械信号感知功能。

仿生三维电子皮肤与传统电子皮肤的核心差异在于其仿生结构设计所带来的感知维度和智能水平的跃升。传统电子皮肤多为平面或简单层压结构，传感器在二维空间分布，虽能实现压力、温度等基础感知，但在处理复杂力学信号（如压力与剪切力的同步解耦）时严重依赖算法后期处理，感知维度和精度受限。而仿生三维电子皮肤则从物理结构上模仿了人体皮肤的表皮、真皮、皮下组织三层架构，将传感器在三维空间中进行梯度化、立体化集成。这种革命性设计使其能从物理层面直接解码压力、摩擦力、应变等多种力学信号，实现了高达0.1毫米级的感知分辨率。更重要的是，结合深度学习算法，它能像人类皮肤一样智能识别物体的软硬、形状甚至材质，从而在工业机器人精密抓取、早期疾病诊断手套、以及能甄别食物新鲜度的智能假肢等高端场景中，展现出远超传统电子皮肤的细腻感知与情境理解能力，代表了电子皮肤向高性能、高智能方向发展的前沿。

二、行业产业链

仿生三维电子皮肤行业产业链上游主要包括聚酰亚胺（PI）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚二甲基硅氧烷（PDMS）、聚酯切片、水凝胶、纳米银线、碳纳米管、石墨烯、硅胶、环氧树脂、聚氨酯、液态金属、压力传感器、电容式传感器、磁敏材料等原材料及零部件。产业链中游为仿生三维电子皮肤研发生产环节。产业链下游主要应用于人形机器人、医疗健康、消费电子、工业自动化等领域。

2023年，工信部《人形机器人创新发展指导意见》落地，北京、上海、深圳等地配套产业园加速建设，形成"研发-中试-量产"全链条支持，带动国内人形机器人产业规模不断攀升。2024年，中国人形机器人产业规模达27.6亿元，同比增长53.33%。预计到2028年我国人形机器人产业规模达387亿元，同比增长93.50%。仿生三维电子皮肤接近人类皮肤感知极限，支撑人形机器人完成精密操作任务，推动人形机器人实现“具身智能”战略目标。

相关报告：智研咨询发布的《中国仿生三维电子皮肤行业市场全景调研及前景战略研判报告》

三、市场规模

中国仿生三维电子皮肤行业正迎来从技术突破到产业化落地的关键转折。2024年，清华大学张一慧团队在《科学》期刊上发表的仿生三维架构研究成果，标志着我国在该领域实现了从平面集成向三维仿生的里程碑式跨越。该成果开创性地实现了压力、剪切力与应变的同步解耦感知，并将感知分辨率提升至0.1毫米，已接近真实皮肤的感知精度。在这一突破性技术的驱动下，2024年，中国仿生三维电子皮肤行业市场规模为128万元。预计2028年，中国仿生三维电子皮肤行业市场规模可达2095万元，同比增长103.00%，展现出强劲的增长势头与巨大的市场潜力。

四、重点机构及企业研发进展情况

中国仿生三维电子皮肤行业正呈现"科研机构引领突破”阶段，2024年清华大学张一慧团队在《科学》发表全球首创成果，通过模拟皮肤"表皮-真皮-皮下组织"三层架构，实现压力、剪切力、应变的同步解耦感知，分辨率逼近真实皮肤的0.1毫米。这一底层创新为产业撕开突破口，2025年浙江清华柔性电子技术研究院率先发布国内首个商业化三维电子皮肤，在指尖面积集成240个金属传感器，并与福莱新材共建联合实验室推进柔性微系统制造。

浙江清华柔性电子技术研究院作为清华大学柔性电子技术的转化平台，浙江清华柔性电子技术研究院（前身项目2016年落地嘉兴，2021年获批国家重点实验室）于2025年5月发布国内首个公开的商业化仿生三维电子皮肤。该研究院副研究员陈毅豪领衔的团队，在张一慧教授技术体系基础上，开发出多向仿生触觉传感皮肤（MBT-Skin），通过三维柔性新架构实现压力与摩擦力的同时直接识别，其食指指尖面积内集成240个金属传感器，已应用于半导体晶圆检测，抽检效率提升90%。研究获国家自然科学基金委浙江省区域创新发展联合基金集成项目资助。2025年6月，研究院与福莱新材共建智能感知联合实验室，推动柔性微系统制造与超宽域压力传感器产业化，标志着学术成果向供应链体系的深度渗透。

清华大学航天航空学院、柔性电子技术实验室张一慧教授课题组于2024年6月在《科学》杂志发表世界首个仿生三维架构电子皮肤系统，开创性地提出"表皮-真皮-皮下组织"三层仿生设计概念。该研究模仿人类皮肤中梅克尔细胞和鲁菲尼氏小体的三维空间分布，通过八臂笼状力传感单元与底部拱形应变传感器的垂直分离设计，在物理层面实现压力、剪切力、应变的同步解耦感知，压力位置分辨率约0.1毫米，接近真实皮肤水平。这一成果不仅解决了传统电子皮肤信号串扰的瓶颈，更通过深度学习算法赋予其测量物体模量与主曲率的能力，为机器人灵巧操作提供了"触觉神经"。2025年，团队持续深耕，相关研究拓展至软机器应用领域，成果发表于《先进传感器研究》期刊。

五、行业发展趋势

1、从毫米级向微米级跨越，微纳加工与AI算法协同驱动感知精度革命

当前，中国仿生三维电子皮肤的分辨率已逼近0.1毫米水平，如清华大学张一慧团队2024年发表于《科学》的成果，通过八臂笼状传感单元与拱形应变传感器的垂直分离设计，实现了亚毫米级压力定位。然而，这一精度仅能模拟人类皮肤的宏观触觉，未来技术演进将直指微米乃至纳米级分辨率，以满足半导体晶圆检测、微创手术机器人等场景对微观形貌识别的极致需求。技术路径呈现三重突破：其一，微纳结构制造，通过激光直写、纳米压印与3D打印技术，在单平方厘米内集成超过1000个传感节点，使传感器密度提升至当前400节点水平的2.5倍以上；其二，材料微观设计，利用MXene等二维材料的原子级厚度特性，构建半椭球微结构阵列，将压阻传感灵敏度提升至291699.6 kPa⁻¹级别；其三，AI超分辨重建，通过深度学习算法对稀疏传感器数据进行插值与去噪，在硬件密度受限条件下实现虚拟分辨率倍增。

2、从单点力传感向"触觉-温度-化学"全域感知演进，异构数据融合重构机器人环境理解能力

人形机器人应用场景的复杂化，驱动电子皮肤从单一压力检测向多物理场耦合感知升级。行业标准已明确指向集成压力、温度、湿度、纹理、滑移乃至生化标志物的全能型电子皮肤。技术实现需突破两大壁垒：一是传感器异质集成，在三维架构中分层布置压阻式力传感单元、热电偶/热敏电阻温度层、电容式湿度电极及摩擦电纹理感知层，通过蛇形互联导线实现可拉伸共形封装。福莱新材2025年发布的第二代产品正是这一路径的典范，其指尖传感器可同时捕获压力、剪切力、接近觉和温度信号，响应时间缩短至毫秒级。二是多模态信号解耦，传统分时复用采集导致信息延迟，未来趋势是采用自适应滤波与轻量化AI模型（如MobileNet架构），在边缘端实时分离混杂信号，识别效率需从当前60%提升至90%以上。更前沿的方向是化学感知融合，通过集成离子选择性电极与气体传感器，使电子皮肤具备识别食物腐败度、人体汗液代谢物的能力，这对家庭服务机器人与可穿戴医疗至关重要。

3、从机械适配向"生物-电子"界面融合演进，可降解材料与自修复系统开启医疗级应用新纪元

仿生电子皮肤在医疗康养、人体增强领域的渗透，对生物相容性、可降解性与长期安全性提出严苛要求。当前技术瓶颈在于：传统PDMS、Ecoflex等材料虽具备柔性与可拉伸性，但存在透气性差、致敏风险，且植入体内后难以降解，长期植入会引发炎症反应。未来技术演进呈现三大方向：其一，仿生材料设计，开发基于丝蛋白、纤维素、海藻酸钠等天然高分子的本征可降解电子皮肤，浙江大学团队已研制出可在体内6个月完全降解的传感贴片，拉伸度达200%且保持生物电信号稳定传导。其二，透气性与共形性平衡，清华大学徐晓敏团队开发的10微米超薄水凝胶皮肤，具备与人体皮肤相近的透湿率（>800 g/m²/day），可连续佩戴7天无不适感，为长期健康监测提供了可能。其三，自修复与抗菌功能集成，通过动态共价键或超分子作用构建自愈合网络，使电子皮肤在机械损伤后10分钟内恢复80%功能，同时负载银纳米颗粒或抗生素实现抗菌，这对于植入式设备至关重要。

以上数据及信息可参考智研咨询（www.chyxx.com）发布的《中国仿生三维电子皮肤行业市场全景调研及前景战略研判报告》。智研咨询是中国领先产业咨询机构，提供深度产业研究报告、商业计划书、可行性研究报告及定制服务等一站式产业咨询服务。您可以关注【智研咨询】公众号，每天及时掌握更多行业动态。