电子皮肤（E-skin），作为一种能够模仿人类皮肤结构和感知功能的柔性电子系统，是人形机器人迈向具身智能的关键技术。它不仅能感知压力、温度、湿度等物理刺激，更能通过与人工智能技术深度融合，提升机器人的环境适应能力和智能交互水平。

在多种技术路线中，电容式电子皮肤因其高灵敏度、结构简单及适用于静态压力监测的特点，成为研究与应用的热点之一。

一、电容式电子皮肤的核心结构

电容式电子皮肤的核心工作原理是基于电容器原理：当外部压力作用于传感器时，会改变上下电极间的距离或重叠面积，从而引起电容值的显著变化，通过检测这种电容变化即可感知压力大小。

其典型结构采用多层仿生设计，类似于“三明治”结构：

• 最外层是柔性封装层，通常使用聚二甲基硅氧烷（PDMS）或硅胶等材料，提供防水、防尘保护，并负责传递外部压力。
• 核心部分是电极层与介电层。上下电极通常采用具有优良导电性和柔性的材料，如液态金属（镓铟锡合金）、银纳米线或金属镀膜。

  为实现高灵敏度，介电层常被设计为具有微米孔阵列或微柱阵列的特殊结构。例如，通过砂纸模板法或光刻技术在PDMS上制造微米级凸起或孔隙，这些结构能够在受压时产生更大形变，从而放大电容变化。

• 最下层是柔性基底，起支撑作用，常用材料包括聚酰亚胺（PI）、PET等，确保整个系统能够拉伸、弯曲，贴合机器人复杂曲面。

为提升性能，电极常采用叉指电极或蛇形导线布局，以减少拉伸应力，支持多方向形变。电极层面积的不同设计（如上电极层面积大于下电极层面积）也被用来增强信号或实现特定感知功能。

二、电容式电子皮肤的制备流程

电容式电子皮肤的制造融合了微纳加工、柔性电子和材料科学等多领域技术，其制备流程精密且复杂。

1，电极制备是基础环节

以一项专利技术为例，其在洁净硅片上旋涂PVA溶液作为牺牲层，然后旋涂PDMS形成柔性基底。通过掩膜版溅射铬/金薄膜，形成特定的电极图案（如上电极直径8mm，下电极直径5mm）。随后，在无氧手套箱内填充液态镓铟锡合金作为电极材料，最后旋涂PDMS进行封装，并通过水浴溶解PVA层使电极层脱离硅片。

2，介电层微结构成型是关键步骤

SU-8光刻胶常被用于在硅片上通过紫外曝光、后烘、显影等工艺制作出微米柱或微孔阵列的“母模”。然后将PDMS溶液倒入此模具中，加热固化后剥离，即可得到具有精确微结构的PDMS介电层薄膜。这种微结构能显著提升传感器在受压时的形变灵敏度。

3，集成与封装决定最终性能

将制备好的电极层与介电层精确对位，采用层压工艺或二次旋涂PDMS的方式结合成一体。整个结构通常被夹在两层PDMS之间进行密封，边缘需精细处理以保证封装可靠性，有时还会引入透气微孔设计以提升佩戴舒适度。

在制造工艺选择上，光刻技术适用于高精度微结构传感器，但成本较高、工艺复杂。而印刷电子技术（如丝网印刷、喷墨打印）因其成本低、适合大面积生产的特点，成为更具规模化应用潜力的方案。

三、电容式电子皮肤的代表性企业

电容式电子皮肤国内代表性企业包括：

2，他山科技

专注于电容式技术路线，其研发的触觉传感器能实现高分辨率的非接触触觉和交互感知（如10cm内人体/物体识别，2cm内接近觉判断），并能识别超过30种物体材质。该公司还成功研发了全球首款数模混合AI触感芯片。

 

3，赛感科技

其采用的离电型电容技术路径颇具特色，该技术使其传感器能同时实现极高的灵敏度（检测限低至1Pa）和极宽的量程（0-2000kPa），并在全量程，这对于机器人需要同时完成精细和承重任务的场景至关重要。2024年，赛感科技成功拉通了全球首条离电型柔性触觉传感器量产线，标志着其技术已进入批量应用阶段。

未来，电容式电子皮肤将朝着多功能集成（压力、温度、湿度、化学信号等）、更高柔韧性/耐用性以及与人工智能算法更深度融合的方向发展。

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