人工智能机器人之电子皮肤

$福莱新材(SH605488)$$汉威科技(SZ300007)$ 感知系统是机器人实现与外界环境交互、完成精准决策的核心基础。作为机器人的"感官神经"，感知系统通过融合视觉、力觉、触觉等多维度信息，使机器人能够实时感知环境变化、识别物体属性、调整运动状态，是机器人从"自动化"向"智能化"升级的关键支撑。

电子皮肤：机器人的"智能紧身衣"，电子皮肤之于机器人就像一件"智能紧身衣"，让机器人能感觉到冷、热、压力和触摸，如同人的皮肤一样。
那么，电子皮肤到底是什么呢？
电子皮肤（ Electronic Skin , E - Skin )
一种模仿人类皮肤功能和特性的柔性电子器件，集成多种感知能力的综合性系统。其核心目标是赋予机器人、假肢或未来可穿戴设备以接近甚至超越人类皮肤的感知能力。

电子皮肤的目标：复制并超越人类皮肤
人类皮肤是一个非常精妙的感官系统，它不仅能感知外部世界，还能保护人类自身。
对机器人而言，电子皮肤就像是一件"智能紧身衣"。这件"衣服"本身布满了无数微小的"神经末梢"（传感器）。这些"神经"能让机器感受到是被轻轻抚摸还是用力抓握，是碰到了一块冰还是一杯热水，表面是 燥还是湿润。有了这件"衣服"，机器就从"麻木"变得"敏 ，从而能更好地为我们工作。

甚至，一些先进的电子皮肤还在尝试实现人类皮肤没有的功能。如自愈合能力，就像电影里的液态机器人一样，在被划伤或切断后能够自动修复其电路和功能；能量收集功能，即从阳光或身体运动中获取能量，为机器人自己供电。除此之外，还有感知磁场、超声波功能等。

近日，香港城市大学于新格教授团队在 PNAS 发表最新成果，研制了一种模拟人类神经系统的" NRE - skin "电子皮肤。它不仅能感知触觉，还能像人类一样具备"痛觉反射"和"受伤感知"能力。这种皮肤让机器人在受到伤害时能瞬间回撤，并能精确定位"伤口"位置，为未来更安全、更具同理心的人机交互铺平了道路。

香港城市大学的研究团队提出了一种全新的神经形态机器人电子皮肤( neuromorphic RE - skin , NRE skin )。

NRE - skin 通过模仿人类神经系统，利用分层（ Hierarchical ）的神经形态架构，让触觉信号不再需要传到中央处理器，而是在皮肤内部就完成了初步处理与脉冲编码。基于这一仿生设计， NRE - skin 同时实现了三项关键能力：

■高分辨率触觉感知：高效采集并编码精确的压力和位置信息。

■主动保护机制：具备局部反射机制，能够进行主动疼痛感知与损伤检测。

■维护高效性：支持快速更换的模块化快拆结构。

这种复杂而精细的触觉感知，将会为机器人领域带来一次巨大的跃迁。而这一研究也无疑会为后续的触觉反馈算法和硬件设计提供新的思路。

接下来我们具体来看。

把触觉转成"神经脉冲"

相比于以往的电子皮肤， NRE - skin 没有继续沿用传统电子皮肤的"模拟信号采集"思路，而是模拟人类，直接把触觉转译成神经元式的脉冲信号。

在生物系统中，感觉信号经历的是一个分级处理过程：刺激由末梢神经的局部"感受野"捕获并编码，再通过神经纤维层层递进、逐渐聚焦，最终形成完整的感觉信息传导至大脑。

NRE - skin 遵循这一思路，在硬件层面实现了"传感器即神经元"的设计：它将每个压力传感器直接与一个微型振荡电路相集成。

当皮肤感知压力时，传感器的电阻变化会即时调控振荡电路，导致其输出的脉冲信号频率发生改变。

具体而言，压力越大，脉冲发射得越密集，以此完成压力强度到脉冲频率编码的直接转译。

更巧妙的是，为了精确定位，每个传感器被赋予了一组独特的无源元件（电阻 R 和电容 C ）作为其"位置指纹"。更巧妙的是，为了精确定位，每个传感器被赋予了一组独特的无源元件（电阻 R 和电容 C ）作为其"位置指纹"。

这些元件的配置使得每个位置发出的脉冲，在形状、宽度或幅度上都具有独一无二的特征。

由此， NRE - skin 通过这种"频率﹣强度，特征﹣位置"的编码方式，将所有复杂的触觉信息高效地汇聚到单一传输通道中。

分层（ Hierarchical ）处理

在将触觉信息编码为脉冲信号后， NRE - skin 借鉴人类皮肤的分层处理，设计了四层结构（封装层、传感层、电路层、基底层）。

而且还在电路层面建立了分层的、神经状的感受野结构，以实现信号的渐进降维和数据流简化。在生物系统中，人类皮肤的功能由精密的四层结构支撑：角质层、表皮层、真皮层和皮下组织。

这些层级中蕴含着高度复杂的感觉系统，分布于真皮和表皮的多种机械感受器与分层的神经感受野共同构成了信息采集与处理的一体化网络。

该网络将触觉刺激分为两类：

■基础感知（如剧烈疼痛）通过脊髓反射弧快速处理，触发无需大脑参与的局部自动反应（如缩回）。

■复杂感知（如刺激强度的精确定位和损伤识别）则会被逐级传递至大脑皮层，进行更深层次的分析和决策。

与之类似， NRE - skin 也采用了类似的四层结构，将感觉信号从外周逐级传递至更高层级的处理中心，实现了从粗到细的定位与筛选：

■封装层：模拟角质层，提供表面的机械保护和整体防护。

■基底层：模拟皮下组织，提供缓冲，吸收外力冲击，并作为机械支撑。

■传感层：对应人类的机械感受器，负责感知外部刺激（如压力），并将其转换为电信号。

■电路层：对应人类的信号传导神经， NRE - skin 的核心。负责脉冲编码、信号处理、局部反射决策。

在四层结构中，电路层是 NRE - skin 的核心处理模块。

它位于传感层之下，负责将压力刺激转换为脉冲序列，并通过一套模拟生物感觉处理机制的人工感受野网络对信号进行初步处理，实现渐进降维和数据流简化。

电路层被进一步细分为五个关键功能区域：

■疼痛中心：用于疼痛信号评估、

■特征中心：用于识别信号来源的皮肤模块

■信号整合器：用于合并各路输出■脉冲发生器：用于生成脉冲序列■和连接器（用于与外部皮肤模块连接

在此基础上，研究人员进一步集成了两大高级功能：

主动疼痛感知与局部反射

NRE - skin 具备基于疼痛阈值触发的局反射机制。电路层面的"疼痛中心"实时监测脉冲频率所反映的压力强度。
一旦压力超过阈值，系统会绕过中央处理器，直接触发类似脊髓反射弧的机制，实现毫秒级的即时保护动作（如缩回），大幅提升机器人的安全响应能力。
损伤自检与模块化维护

NRE - skin 通过检测传感器周期性产生的"活脉冲"状态，实现了皮肤损伤的精确自检和定位。
一旦脉冲停止，即意味着皮肤受损。结合其模块化快拆设计，这极大地简化了受损皮肤单元的快速更换与维护流程。
总体看来， NRE - skin 不仅是一种更高效的电子皮肤，更是一种具备自主感知、实时判断和自我保护机制的仿生智能系统，为未来制造更安全、更具人性化的仿人机器人奠定了坚实的工程基础。

机器人觉感的产业化
人形机器人产业的蓬勃发展，正推动电子皮肤技术从实验室快速走向产业化应用。电子皮肤作为实现"具身智能"的关键一环，市场空间正加速打开。
行业内技术路线主要分为电阻式、电容式、压电式、光学式和霍尔效应°五种。福莱新材选择的电阻式路线与特斯拉一致，是当前市场主流技术方向。
除福莱新材外，汉威科技、柯力传感、申昊科技等公司在该领域均有布局。柔性传感器行业整体仍处于早期研发阶段，但产业化步伐正在加快。
福莱新材已与国内外多家灵巧手公司以及人形机器人公司合作，国外客户对产品技术要求和算法更为重视。2025年三季度，公司注册成立北美子公司 Apex Sensing LLC ，重点推进北美市场触觉传感产品的销售与技术服备。

从材料到算法的全方位布局
福莱新材在柔性传感器领域的积累可追溯至2017年，2023年正式将其纳入公司战略发展方向。经过多年投入，公司已构建覆盖材料研发、器件设计、系统集成到场景应用的完整技术链。
福莱新材第三代电子皮肤实现了三大核心技术突破：真柔性、全曲面、三维力。
硬件方面，材料具备优异柔韧性，能完美贴合各种复杂曲面；可实现在机器人灵巧手上完整部署于指尖、指腹等关键区域，达成全域触觉感知；能够精准捕捉和解析多方向作用力，包括垂直力和剪切力等矢量信息。
算法层面，公司采用深度学习触觉识别技术，融合多模态感知数据，实现高维特征实时提取。2025年发布的第三代系统更是实现了从"原始数据"到"智能知觉"的飞跃，使系统不仅能感知"接触到"物体，更能识别所接触物体的特性。

在产能建设方面，福莱新材首条柔性传感器中试产线已于2025年上半年建成投产，具备批量供货能力。

四大领域布局智能感知未来
福莱新材的柔性传感器应用场景多元，重点布局机器人、消费电子、新能源及工业检测四大领域。不同应用领域对产品性能要求各异，为公司提供了广阔的市场空间。
机器人领域上，公司目前主要与灵巧手公司合作开发，随着中试产线搭建完成，为与机器人主机厂的对接提供了硬件支持。除灵巧手外，电子皮肤在机器人手臂、腿部和脚掌等部位的应用也在不断拓展。
公司致力于成为多模态感知系统集成供应商，打造多产品矩阵的具象化应用。2025年，福莱新材在应用拓展方面取得进展，国内外已有数十家合作客户，部分客户已明确提出批量订单需求。

1月17日，第一届深圳上市公司 AI 创新交流会在深圳福田盛大举行。本次大会以" AI 重构商业：智领未来，赋能产业新纪元"为主题，汇聚了来自政府、产业界、学术界及投资界的众多领军人物，同探讨人工智能技术与产业融合的新路径。

在这场大湾区 AI 领域的高规格盛会上，福莱新材 作为在柔性传感与触觉智能领域具有领先技术布局的国家级专精特新"小巨人"企业，受邀参会并发表技术演讲，向业界展示了公司在 AI 触觉感知赛道的前沿成果与系统化解决方案能力。破解产业痛点：让机器人拥有"触觉智能"

当前，人形机器人、智能灵巧手等高端装备在运动控制与 AI 决策方面进展迅速，但在与物理世界进行精细、安全交互时，普遍面临"触觉感知缺失"的核心瓶颈。

针对这一行业共性挑战，公司首席科学家陈书厅博士在演讲中表示福莱新材成功研发并推出集"柔性传感＋芯片＋算法＋大模型"于一体第三代电子皮肤系统，可为灵巧手的灵巧操作和安全交互提供重要支持。

三大技术优势，定义触觉感知新标准

1、"芯感一体"架构：实现毫秒级边缘智能2、算法与感知深度融合：从"感测"到"认知"3、全域柔性覆盖：为安全紧密交互赋能

产业认可与商业化进展

福莱新材的触觉智能技术已获得市场高度认可。目前，公司电子皮肤产品的分辨率已突破0.1mm，具备全曲面三维力感知能力，并已成功进入多家头部人形机器人及灵巧手企业的供应链，实现了从核心部件到完整触觉灵巧手模组的量产交付。