2025-07-23 有机硅材料在机器人中的应用现状

出品：机器人新材料

有机硅拥有柔软亲肤、生物相容性以及宽温度范围耐受性、耐候性、电绝缘性、耐辐射性等特点，被广泛认为是适合机器人应用的软质高分子材料。硅宝科技指出有机硅材料具有“生物相容性、无毒无味以及环境稳定性好等特点”，认为在人形机器人领域应用前景可观。聚二甲基硅氧烷（PDMS）等有机硅基柔性高分子还具有优异的透明性、易加工性和良好的耐化学性，易制备成超薄透明电子皮肤基底。

典型应用场景

机器人外壳与结构件

虽然一般机器人外壳多采用高端工程塑料或TPE材料以减轻重量、降低成本，指出TPE材料因其可回收性和可调触感优势已广泛用于仿生机器人外壳和手臂。有机硅可用作外层覆盖材料或防护涂层，在需要耐高低温和耐候保护的场景下为内部组件提供保护。若需要软质触感的设计，有机硅也可用于机器人表面覆盖层。

仿生“皮肤”与触觉传感

PDMS等硅橡胶材料常用作电子皮肤的基底材料。PDMS具有良好的柔软性、低弹性模量和透光率，可弯曲贴合传感器并集成制备出超薄透明的柔性压力传感层。科研界普遍采用PDMS基底实现柔性触觉传感，支持机器人表面力、温度等多模态感知功能。软体机器人厂商Soft Robotics开发的气动软体抓手就是以硅胶为材料，通过充气变形实现对物体的柔性抓取，适用于包装、分拣等行业。

图源：soft robotics

硅宝科技的第三代导电硅胶在仿生材料上取得突破，实现压力 - 温度双模传感，能让灵巧手具备仿人触感，且成本下降32%，为人形机器人的手部感知提供了良好的解决方案。

关节与柔性连接件

有机硅优良的弹性和耐候性使其可用于机器人关节处的密封件、绝缘件和柔性连接件。一些公司将硅胶用于关节保护密封和连接缓冲。高温硅橡胶等材料在近年已广泛用于柔性部件，尤其在柔性关节和仿生皮肤中具有很大发展空间。在柔性机器人中，硅胶驱动元件可直接用作柔性关节，实现柔顺动作。

传感器封装

硅橡胶的绝缘性、粘合性和环境稳定性使其成为传感器封装的优良材料。在电子皮肤和柔性传感器领域，有机硅常用于固定和封装敏感元件，隔离外界干扰并提高器件柔韧度。纳米复合改性的硅胶层已可承受数万次循环测试，适合高性能触觉反馈模块。硅橡胶薄膜耐腐蚀、柔软透明，能够稳定支持集成压力传感单元并保证其在多次弯折中的性能。

电缆护套与连接件

在机器人运动部件中，硅橡胶也用于电缆和光纤束的护套，以提供高柔性和耐热性能。BizLink等公司开发的机器人专用线缆采用硅胶外护套，提高耐温性和防扭折性能。

图源：Bizlink

硅酮（硅胶）密封剂、粘合剂等也常用于机器人连接器和部件的封装与固定。

各类机器人应用案例

人形机器人

有机硅在仿人机器人的应用尤为突出。在仿生皮肤和触觉感知方面，硅橡胶是常用材料，它不仅能赋予机器人类似人类皮肤的触感，还便于集成传感器。

新安股份透露，高温硅橡胶等产品已被广泛应用于硅胶仿真娃娃领域，未来也可应用于人形机器人，提高机器人的互动体验和功能性。

工业机器人

传统工业机器人骨架多为金属或工程塑料，硅胶在整机结构中应用有限。但在工业机器人末端执行器、视觉传感、夹具或码垛机器人手爪等处，柔软的硅橡胶仍有用武之地。用硅胶制成的软体抓手和气动吸盘可保护易碎物品。在对故障预防或高压电力环境中，硅胶绝缘件可用于密封和电气绝缘。

服务机器人

服务机器人，清洁、陪护机器人等类型常与人直接交互，对柔性触觉皮肤的需求更高。市场研究显示，家庭服务机器人用触觉反馈硅胶层市场规模增长迅速，预计2025年全球规模将超28亿美元。这些硅胶层可模拟真实皮肤触感，集成温度传感单元，显著提升机器人对环境和人体交互的感知能力。

在医疗辅助和养老陪护机器人领域，柔性硅胶材料的使用尤其广泛，硅胶层在温度反馈、柔顺触觉上的优势受到青睐。服务机器人还利用硅胶制作的柔软缆线和连接件，以确保复杂活动过程中的灵活性和安全性。

柔性/软体机器人

软体机器人设计本身就大量依赖硅胶等有机硅弹性材料。美国Soft Robotics和北京软体机器人科技等都开发了硅胶气动软体抓手，通过充气膨胀使柔软硅胶手指弯曲，以自适应包裹物体进行抓取。但硅胶本身刚度偏低，抓取力和稳定性相对刚性抓手有限。

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产业动态与趋势

近年来，多家有机硅企业积极布局机器人应用领域。硅宝科技、新安股份等上市公司在投资者互动平台上纷纷提到，人形机器人和仿真机器人市场对硅橡胶的需求增长显著。硅宝科技宣布将根据市场需求开发新产品应用，并拥有室温硫化、高温硫化、液体硅胶等多种产品线。

新安股份表示3000余种硅胶终端产品将拓展到新兴应用领域，包括机器人仿生皮肤、触觉传感和柔性关节等新场景。随着人形机器人产业量产临近，柔性触觉传感器和硅胶基底等上游材料将持续受益。

趋势上，硅胶在仿生电子皮肤中的地位依旧稳固。据IIM报告，尽管市场涌现氢化丁腈橡胶等替代材料占据约19%的极端环境需求份额，但有机硅仍主导高端电子皮肤市场达67%。

硅胶应用挑战

硅胶成本和刚度限制。

与TPE等相比，硅胶材料价格和加工难度较高，在机器人外壳等大面积结构中使用受到限制。并且硅胶低刚度导致软体抓手输出力相对不足，需要通过变刚度技术等复杂方案加以弥补。

产能与供应过剩风险。

业内分析指出，2023–2025年我国有机硅产能大幅扩张，可能出现供大于求的局面。

工业化落地难题。

电子皮肤等硅胶制品还未形成广泛认可的标准化生产工艺，各厂商技术路线竞争激烈，工业化量产仍面临成本和可靠性挑战。有机硅材料凭借独特的性能在机器人外壳、仿生皮肤、柔性关节、传感器封装、电缆护套等多个领域展现出重要应用价值。

当前产业界正加速推动硅胶在机器人领域的创新应用，包括新型复合硅胶和一体化传感模块等方案。但未来发展仍需平衡成本、材料性能和系统集成等多重因素，以应对市场需求和技术迭代的挑战。