傳感器：“感知中國”的瓶頸

　　揮揮手讓手機(jī)靜音，或用手指在手腕處刷一下發(fā)送文本，或揚手切換應(yīng)用程序……當(dāng)這種直觀的手勢用戶界面進(jìn)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(wǎng)將實現(xiàn)數(shù)以百億計的智能設(shè)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(jìn)，離不開它的基礎(chǔ)感官設(shè)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(wǎng)發(fā)展和應(yīng)用的匯報，提出了發(fā)展我們自己的“感知中國”。經(jīng)過七年發(fā)展，高端傳感器技術(shù)不過關(guān)，仍然是物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展瓶頸。

　　目前，傳感器的四大應(yīng)用領(lǐng)域為工業(yè)、汽車電子產(chǎn)品、通信電子產(chǎn)品、消費電子產(chǎn)品。其中，在國內(nèi)，工業(yè)和汽車電子產(chǎn)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(yīng)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(wǎng)、可穿戴設(shè)備等領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)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(qū)動，也正是技術(shù)不斷變革、進(jìn)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(xué)函數(shù)法則)轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置?！皞鞲衅魇窃O(shè)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(shè)備智能化的硬件基礎(chǔ)，尤其在很多智能設(shè)備中，傳感器決定著設(shè)備的核心能力。”中國工程院院士、清華大學(xué)副校長尤政表示，“傳感器的創(chuàng)新發(fā)展是國家創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略下信息化發(fā)展的關(guān)鍵?！?/p>

　　萬物互聯(lián)，傳感先行，已經(jīng)成為業(yè)內(nèi)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(nèi)傳感器技術(shù)發(fā)展與創(chuàng)新的重點在材料、結(jié)構(gòu)和性能改進(jìn)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(jié)構(gòu)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(qiáng)、性能穩(wěn)定、壽命長久方向發(fā)展。

　　物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，對傳統(tǒng)傳感技術(shù)又提出了新的要求，產(chǎn)品正逐漸向微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)、無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、紅外技術(shù)、新材料技術(shù)、納米技術(shù)、陶瓷技術(shù)、薄膜技術(shù)、光纖技術(shù)、激光技術(shù)、復(fù)合傳感器技術(shù)、多學(xué)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(xué)院微電子研究所所長、中國科學(xué)院物聯(lián)網(wǎng)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(nèi)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(nèi)廠商雖然有了較大發(fā)展，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能跟上形勢的要求?！遍愜S鵬指出，我國的傳感器技術(shù)水平與種類數(shù)量都與技術(shù)先進(jìn)國家有很大差距。

　　技術(shù)創(chuàng)新 成本降低

　　隨著MEMS、激光技術(shù)、高科技材料等的技術(shù)進(jìn)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(shù)研發(fā)微型智能化傳感器，從而有利于復(fù)雜系統(tǒng)的集成;有的利用高精度的激光技術(shù)創(chuàng)造激光雷達(dá)，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(shù)創(chuàng)新，根據(jù)未能滿足的需求開發(fā)新產(chǎn)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(shè)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(yīng)用落地，產(chǎn)品逐步切合產(chǎn)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(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的需求，研究人員從對技術(shù)開發(fā)的關(guān)注轉(zhuǎn)為對成本下降的關(guān)注，以實現(xiàn)傳感器大規(guī)模生產(chǎn)、智能裝備產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的愿景。

　　今年7月，由清華大學(xué)、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(nèi)首套“硅基MEMS中試代工平臺”達(dá)到國際先進(jìn)水平，表明新型傳感器產(chǎn)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(xué)MEMS、圖像傳感器等領(lǐng)域都有相關(guān)應(yīng)用，在軍事領(lǐng)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(yīng)用前景。”參與了上述項目的尤政介紹說。

　　“傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展和區(qū)域產(chǎn)業(yè)發(fā)展密切相關(guān)，因為各個地區(qū)有不同的產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，在轉(zhuǎn)型升級、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)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(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場。主思路就是要和地方經(jīng)濟(jì)密切結(jié)合起來，根據(jù)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃，推動海內(nèi)外的研究機(jī)構(gòu)、創(chuàng)新型企業(yè)到適合的地區(qū)來發(fā)展?！?/p>

　　系統(tǒng)牽引 迎接挑戰(zhàn)

　　雖然我國傳感器產(chǎn)業(yè)已由仿制、引進(jìn)逐步走向自主設(shè)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(lǐng)域核心技術(shù)未掌握，高端人才不足，生產(chǎn)、封裝及測試的自動化、規(guī)?；芰Φ停鄙冽堫^企業(yè)，對新技術(shù)、新產(chǎn)品、新應(yīng)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(chǎn)品難，真正具有開發(fā)實例的傳感器廠家是離不開產(chǎn)品設(shè)計、核心芯片，以及信號處理軟件算法、封裝測試技術(shù)與工藝的人才，并且由于傳感器種類多，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，國內(nèi)廠家只顧自家眼前市場和產(chǎn)品，在缺乏核心技術(shù)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(chǎn)品、新領(lǐng)域的應(yīng)用?！?/p>

　　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(wǎng)并沒有帶來預(yù)期的變革。“每一類傳感器從被發(fā)現(xiàn)到進(jìn)入產(chǎn)業(yè)大規(guī)模應(yīng)用的年限很長，基本上需要15年到35年。”尤政認(rèn)為，之所以轉(zhuǎn)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(rèn)為，“傳感器要提高競爭力還是應(yīng)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(chǔ)到后來需求方提出系統(tǒng)需求牽引產(chǎn)業(yè)發(fā)展?！?/p>

　　“無論是國內(nèi)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(chǔ)要好，我國在經(jīng)濟(jì)速度放緩的同時究竟要做什么事?”尤政贊同將硬件設(shè)備，如傳感器等元器件重點發(fā)展，“把基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)搞得更好一些”。