傳感器：“感知中國”的瓶頸

　　揮揮手讓手機靜音，或用手指在手腕處刷一下發(fā)送文本，或揚手切換應用程序……當這種直觀的手勢用戶界面進入我們的日常生活時，我們會很快忘記它的存在。想象一下，在房間的某個角落，或者在你身體的某個地方，一個微小的超聲波傳感器艱難地工作著，它要從周圍懶惰的空氣分子中、從我們周圍未使用到的超聲波頻譜中，提取出有用的信息。

　　如果物聯(lián)網將實現(xiàn)數(shù)以百億計的智能設備連接，或許到2020年，我們能以比語音和觸摸更好的方式來與這個世界互動。而智能裝備之所以先進，離不開它的基礎感官設備——傳感器的快速發(fā)展。

　　早在2009年，前國家總理溫家寶在無錫聽取我國傳感網發(fā)展和應用的匯報，提出了發(fā)展我們自己的“感知中國”。經過七年發(fā)展，高端傳感器技術不過關，仍然是物聯(lián)網的發(fā)展瓶頸。

　　目前，傳感器的四大應用領域為工業(yè)、汽車電子產品、通信電子產品、消費電子產品。其中，在國內，工業(yè)和汽車電子產品用傳感器占比約42%，而發(fā)展最快的是汽車電子和通信電子應用市場。從12月2日舉辦的全球傳感器與智能化發(fā)展高峰論壇上可以看出，傳感器在醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測、油氣管道、智能電網、可穿戴設備等領域的創(chuàng)新應用將成為新熱點，有望在未來創(chuàng)造更多的市場需求。市場的驅動，也正是技術不斷變革、進步的動力。

　　發(fā)展快速 潛力巨大

　　傳感器指能夠感受規(guī)定的物理量并按一定的規(guī)律(數(shù)學函數(shù)法則)轉換成可用輸出信號的器件或裝置。“傳感器是設備感受外界環(huán)境的重要硬件，決定了裝備與外界環(huán)境交互的能力，是設備智能化的硬件基礎，尤其在很多智能設備中，傳感器決定著設備的核心能力?！敝袊こ淘涸菏?、清華大學副校長尤政表示，“傳感器的創(chuàng)新發(fā)展是國家創(chuàng)新驅動發(fā)展戰(zhàn)略下信息化發(fā)展的關鍵。”

　　萬物互聯(lián)，傳感先行，已經成為業(yè)內共識。中科院微電子所昆山分所所長閻躍鵬指出，傳感器如果以用途分類，可分為力敏傳感器、熱敏傳感器、濕敏傳感器、磁敏傳感器、氣敏傳感器、加速度傳感器、生物傳感器等。而國內傳感器技術發(fā)展與創(chuàng)新的重點在材料、結構和性能改進3個方面：敏感材料從液態(tài)向半固態(tài)、固態(tài)方向發(fā)展;結構向小型化、集成化、模塊化、智能化方向發(fā)展;性能向檢測量程寬、檢測精度高、抗干擾能力強、性能穩(wěn)定、壽命長久方向發(fā)展。

　　物聯(lián)網技術的發(fā)展，對傳統(tǒng)傳感技術又提出了新的要求，產品正逐漸向微機電系統(tǒng)(MEMS)技術、無線數(shù)據(jù)傳輸技術、紅外技術、新材料技術、納米技術、陶瓷技術、薄膜技術、光纖技術、激光技術、復合傳感器技術、多學科交叉融合的方向發(fā)展。

　　外延的全球傳感器市場2015年超過700億美元，其中中國超過1000億元人民幣，中國科學院微電子研究所所長、中國科學院物聯(lián)網研究發(fā)展中心主任葉甜春指出，我國傳感器市場的增長率超過15%，具有很大的增長潛力。

　　“目前國內傳感器共分10大類、24小類、6000多個品種，而美國約1.7萬種傳感器。國外廠商西門子、霍尼韋爾、歐姆龍等公司占有較大份額，國內廠商雖然有了較大發(fā)展，但遠遠不能跟上形勢的要求。”閻躍鵬指出，我國的傳感器技術水平與種類數(shù)量都與技術先進國家有很大差距。

　　技術創(chuàng)新 成本降低

　　隨著MEMS、激光技術、高科技材料等的技術進步，傳感器的研發(fā)呈現(xiàn)多樣化的趨勢，有的利用生物材料模擬人類皮膚，創(chuàng)新傳感器的觸覺;有的利用MEMS技術研發(fā)微型智能化傳感器，從而有利于復雜系統(tǒng)的集成;有的利用高精度的激光技術創(chuàng)造激光雷達，從而利于系統(tǒng)實時感知周邊障礙物與環(huán)境等等。

　　摩爾精英創(chuàng)始人張競揚在文章中指出，總體而言，傳感器的研發(fā)過程呈現(xiàn)兩階段的趨勢。一是技術創(chuàng)新，根據(jù)未能滿足的需求開發(fā)新產品。在第一階段中，傳感器研發(fā)創(chuàng)新的方向源于智能裝備、創(chuàng)新設備的需求，研發(fā)人員根據(jù)使用需求，創(chuàng)新出新型傳感器。二是成本降低，應用落地，產品逐步切合產業(yè)化需求。在第二階段研發(fā)創(chuàng)新的過程中，為了滿足人們對于智能裝備產業(yè)化應用的需求，研究人員從對技術開發(fā)的關注轉為對成本下降的關注，以實現(xiàn)傳感器大規(guī)模生產、智能裝備產業(yè)化應用的愿景。

　　今年7月，由清華大學、淄博高新區(qū)MEMS研究院和國高(淄博)微系統(tǒng)科技有限公司共同完成的國內首套“硅基MEMS中試代工平臺”達到國際先進水平，表明新型傳感器產業(yè)化步伐加快。

　　“MEMS是目前世界制造業(yè)的熱點，MEMS以其微型化的優(yōu)勢，在加速度計、陀螺儀、光學MEMS、圖像傳感器等領域都有相關應用，在軍事領域和以汽車、電子、家電等為代表的民用行業(yè)有著極為廣闊的應用前景。”參與了上述項目的尤政介紹說。

　　“傳感器產業(yè)發(fā)展和區(qū)域產業(yè)發(fā)展密切相關，因為各個地區(qū)有不同的產業(yè)優(yōu)勢，在轉型升級、產業(yè)結構調整過程中有自己的發(fā)展戰(zhàn)略。”尤政指出，“從中國科研院所角度來講，政策制定共有三個面向，面向世界科技前沿、面向國家重大需求、面向國民經濟主戰(zhàn)場。主思路就是要和地方經濟密切結合起來，根據(jù)區(qū)域經濟發(fā)展規(guī)劃，推動海內外的研究機構、創(chuàng)新型企業(yè)到適合的地區(qū)來發(fā)展。”

　　系統(tǒng)牽引 迎接挑戰(zhàn)

　　雖然我國傳感器產業(yè)已由仿制、引進逐步走向自主設計、創(chuàng)新發(fā)展階段，但傳感器在我國仍有諸多挑戰(zhàn)：高端領域核心技術未掌握，高端人才不足，生產、封裝及測試的自動化、規(guī)模化能力低，缺少龍頭企業(yè)，對新技術、新產品、新應用的敏感度低。

　　閻躍鵬指出：“傳感器行業(yè)入門容易，但形成大批量產品難，真正具有開發(fā)實例的傳感器廠家是離不開產品設計、核心芯片，以及信號處理軟件算法、封裝測試技術與工藝的人才，并且由于傳感器種類多，應用領域廣泛，國內廠家只顧自家眼前市場和產品，在缺乏核心技術的無自信心理狀態(tài)下，無暇搶占對手市場，更無心開拓新產品、新領域的應用。”

　　正是由于傳感器行業(yè)存在諸多不足，使得“感知中國”提出七年來，物聯(lián)網并沒有帶來預期的變革。“每一類傳感器從被發(fā)現(xiàn)到進入產業(yè)大規(guī)模應用的年限很長，基本上需要15年到35年?！庇日J為，之所以轉化時間長，是因為傳感器就是要不斷創(chuàng)新來獲得競爭力。他認為，“傳感器要提高競爭力還是應該以系統(tǒng)為主，要將傳感器的信號處理、傳輸一起來做，系統(tǒng)要做牽引，從跟蹤仿制、打牢基礎到后來需求方提出系統(tǒng)需求牽引產業(yè)發(fā)展。”

　　“無論是國內主張的集成式創(chuàng)新還是國外提出的積木式創(chuàng)新，前提都是基礎要好，我國在經濟速度放緩的同時究竟要做什么事?”尤政贊同將硬件設備，如傳感器等元器件重點發(fā)展，“把基礎產業(yè)搞得更好一些”。