2025 The 19th Ningbo International Plastic and Rubber Industry Exhibition

2025第19届宁波国际塑料橡胶工业展览会

2025年6月12-14日

宁波国际会展中心

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如何让人形机器人更像人?还得皮肤材料说了算

以前的时候,多数人都认为ai机器人还离我们很遥远,但随着GPT带动的科技的浪潮中,人形机器人正从冰冷的机械装置逐渐迈向温暖的智能伙伴。

这一转变的核心,正是人工智能技术的崛起造成的。


它不仅赋予了机器人感知世界的能力,让机器人向人类迈出了关键一步。

相比于已经基本成熟的Ai交互系统本身,材料学的皮肤制造技术研究的是如何让人形机器人真正“活”起来的。


目前,大多数机器人使用的外皮是工业合成品,如硅胶,这些材料在触感、颜色、温度等方面与人类皮肤相差甚远。


而电子皮肤技术的出现,正在改变这一现状。


电子皮肤是一种仿生柔性触觉传感器系统,旨在模拟人类皮肤的感知功能。它不仅能感知触觉,还能感知温度、压力、振动等多种信息。


通过柔性材料与传感器阵列的结合,电子皮肤能够实时感知外界环境,并将这些信息反馈给机器人的“大脑”。


电子皮肤的实现依赖于多种高性能材料的协同创新,这些材料通过独特的物理化学特性赋予电子皮肤感知、传导和适配复杂环境的能力。

柔性基底材料是电子皮肤的 “骨架”,需兼顾力学柔性与功能稳定性。

聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为典型的有机硅高分子材料,具有卓越的柔韧性和生物相容性,其透明特性便于与光学传感器集成,表面还可通过微纳加工制备仿生指纹等复杂结构,提升触觉分辨率。

聚酰亚胺(PI)薄膜则具备耐高温性和机械强度,适用于高温或高可靠性场景,低介电常数能减少信号传输损耗,是柔性电路基板的理想选择。

压阻材料通过电阻变化实现压力感知,是电子皮肤中最成熟的传感机制之一。

碳纳米管复合材料由碳纳米管与弹性聚合物复合而成,受压力时碳纳米管网络间距缩小、电阻下降,兼具高灵敏度(毫克级压力检测)和快速响应(<100ms)特性,可模拟指尖细微压力感知,还能通过调控碳纳米管浓度和取向设计梯度传感层,监测压力分布。

压电材料能将机械能转化为电能,适用于振动、冲击等动态场景。

PVDF(聚偏氟乙烯)作为典型压电高分子材料,具有柔性可加工性和宽频响应(10Hz-10kHz),可通过溶液涂覆集成到柔性基底,例如嵌入纤维阵列监测机器人关节运动和冲击载荷。与纳米填料复合后,其压电性能提升,可拓展至人体运动监测等医疗领域。

电容式传感通过电极间距或介电常数变化检测接触力,具有高灵敏度和低功耗优势,典型结构为 “上电极 - 介电层 - 下电极” 三明治结构。介电弹性体(如硅橡胶基材料)在电场下可大形变,反向可作执行器,实现 “感知 - 响应” 一体化;多孔介电层设计可降低初始电容、扩大压力检测动态范围,适用于机器人抓取不同硬度物体的力反馈调节。

电子皮肤技术的革新不仅限于材料,更体现在多模态融合与类人化体验突破。通过集成压阻、压电、电容等多类型传感器,可同时感知压力、振动、温度、湿度等多维信号,模拟人类手掌的综合感知能力,精准判断物体材质。


借助 3D 打印仿生表皮结构(如微米级凸起)、结合形状记忆材料或水凝胶,电子皮肤可产生类似人类皮肤的弹性形变与缓慢恢复特性,使机器人交互更自然安全。


随着材料科学与微纳加工技术的进步,电子皮肤正朝着高集成度(单芯片实现感知 - 处理 - 通信)、自修复能力(如液态金属电路自愈)和能源自给(摩擦纳米发电机收集机械能)方向发展。

最新的一些研究进展有哪些?


日本东京大学的团队利用胶原蛋白和真皮成纤维细胞,成功制造出类似人类真皮的人造皮肤。这种皮肤不仅具有良好的弹性,还能随着动作起皱和拉伸,甚至具备一定的自愈能力。通过模仿人类皮肤的韧带结构,这种人造皮肤能够紧密附着在机器人上,不会撕裂或脱落。



波兰的Clone Robotics公司推出了一种新型机器人,其核心技术是基于McKibben人造肌肉,通过聚合物材料和腱肌的结合,模拟人类的肌肉和骨骼系统。这种机器人还安装了液压驱动系统,能够模拟人类的血液循环,让机器人的皮肤具备一定的温度和触感。


国内企业也在电子皮肤技术上取得了显著进展。福莱新材的多模态感知系统能够支持动态环境下的多维信息采集,而汉威科技的触觉传感器与AI技术的融合,实现了复杂动作的实时反馈。这些技术的突破,让人形机器人不仅能够感知外界,还能像人类一样做出灵活的反应。


随着电子皮肤技术的不断发展,人形机器人将逐渐从冰冷的工具转变为温暖的伙伴。


未来的人形机器人将具备更加逼真的外观和温暖的触感,能够像人类一样感知和反应。它们不仅能够完成各种任务,还能与人类建立情感连接。例如,机器人可以通过电子皮肤感知人类的情绪变化,从而做出相应的安慰或鼓励动作。


随着人形机器人越来越像人类,我们也需要思考一些伦理和社会问题。


例如,机器人是否应该拥有权利?


人类与机器人之间的关系应该如何界定?


这些问题的探讨将伴随人形机器人的发展而不断深入。


在这个充满希望的未来,人形机器人将不再是冰冷的工具,而是具备温暖触感、灵敏感知能力的智能伙伴。



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