“感知中国”传感器的重点在于创新
2016-12-06 来源：南部佳永
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早在2009年，前国家总理温家宝在无锡听取我国传感网发展和应用的汇报，提出了发展我们自己的“感知中国”。经过七年发展，高端传感器技术不过关，仍然是物联网的发展瓶颈。
目前，传感器的四大应用领域为工业、汽车电子产品、通信电子产品、消费电子产品。其中，在国内，工业和汽车电子产品用传感器占比约42%，而发展最快的是汽车电子和通信电子应用市场。从12月2日举办的全球传感器与智能化发展高峰论坛上可以看出，传感器在医疗、环境监测、油气管道、智能电网、可穿戴设备等领域的创新应用将成为新热点，有望在未来创造更多的市场需求。市场的驱动，也正是技术不断变革、进步的动力。
发展快速 潜力巨大
传感器指能够感受规定的物理量并按一定的规律(数学函数法则)转换成可用输出信号的器件或装置。“传感器是设备感受外界环境的重要硬件，决定了装备与外界环境交互的能力，是设备智能化的硬件基础，尤其在很多智能设备中，传感器决定着设备的核心能力。”中国工程院院士、清华大学副校长尤政表示，“传感器的创新发展是国家创新驱动发展战略下信息化发展的关键。”
万物互联，传感先行，已经成为业内共识。中科院微电子所昆山分所所长阎跃鹏指出，传感器如果以用途分类，可分为力敏传感器、热敏传感器、湿敏传感器、磁敏传感器、气敏传感器、加速度传感器、生物传感器等。而国内传感器技术发展与创新的重点在材料、结构和性能改进3个方面：敏感材料从液态向半固态、固态方向发展;结构向小型化、集成化、模块化、智能化方向发展;性能向检测量程宽、检测精度高、抗干扰能力强、性能稳定、寿命长久方向发展。
物联网技术的发展，对传统传感技术又提出了新的要求，产品正逐渐向微机电系统(MEMS)技术、无线数据传输技术、红外技术、新材料技术、纳米技术、陶瓷技术、薄膜技术、光纤技术、激光技术、复合传感器技术、多学科交叉融合的方向发展。
外延的全球传感器市场2015年超过700亿美元，其中中国超过1000亿元人民币，中国科学院微电子研究所所长、中国科学院物联网研究发展中心主任叶甜春指出，我国传感器市场的增长率超过15%，具有很大的增长潜力。
“目前国内传感器共分10大类、24小类、6000多个品种，而美国约1.7万种传感器。国外厂商西门子、霍尼韦尔、欧姆龙等公司占有较大份额，国内厂商虽然有了较大发展，但远远不能跟上形势的要求。”阎跃鹏指出，我国的传感器技术水平与种类数量都与技术先进国家有很大差距。
技术创新 成本降低
随着MEMS、激光技术、高科技材料等的技术进步，传感器的研发呈现多样化的趋势，有的利用生物材料模拟人类皮肤，创新传感器的触觉;有的利用MEMS技术研发微型智能化传感器，从而有利于复杂系统的集成;有的利用高精度的激光技术创造激光雷达，从而利于系统实时感知周边障碍物与环境等等。
摩尔精英创始人张竞扬在文章中指出，总体而言，传感器的研发过程呈现两阶段的趋势。一是技术创新，根据未能满足的需求开发新产品。在第一阶段中，传感器研发创新的方向源于智能装备、创新设备的需求，研发人员根据使用需求，创新出新型传感器。二是成本降低，应用落地，产品逐步切合产业化需求。在第二阶段研发创新的过程中，为了满足人们对于智能装备产业化应用的需求，研究人员从对技术开发的关注转为对成本下降的关注，以实现传感器大规模生产、智能装备产业化应用的愿景。
今年7月，由清华大学、淄博高新区MEMS研究院和国高(淄博)微系统科技有限公司共同完成的国内首套“硅基MEMS中试代工平台”达到国际先进水平，表明新型传感器产业化步伐加快。
“MEMS是目前世界制造业的热点，MEMS以其微型化的优势，在加速度计、陀螺仪、光学MEMS、图像传感器等领域都有相关应用，在军事领域和以汽车、电子、家电等为代表的民用行业有着极为广阔的应用前景。”参与了上述项目的尤政介绍说。
“传感器产业发展和区域产业发展密切相关，因为各个地区有不同的产业优势，在转型升级、产业结构调整过程中有自己的发展战略。”尤政指出，“从中国科研院所角度来讲，政策制定共有三个面向，面向世界科技前沿、面向国家重大需求、面向国民经济主战场。主思路就是要和地方经济密切结合起来，根据区域经济发展规划，推动海内外的研究机构、创新型企业到适合的地区来发展。”
系统牵引 迎接挑战
虽然我国传感器产业已由仿制、引进逐步走向自主设计、创新发展阶段，但传感器在我国仍有诸多挑战：高端领域核心技术未掌握，高端人才不足，生产、封装及测试的自动化、规模化能力低，缺少龙头企业，对新技术、新产品、新应用的敏感度低。
阎跃鹏指出：“传感器行业入门容易，但形成大批量产品难，真正具有开发实例的传感器厂家是离不开产品设计、核心芯片，以及信号处理软件算法、封装测试技术与工艺的人才，并且由于传感器种类多，应用领域广泛，国内厂家只顾自家眼前市场和产品，在缺乏核心技术的无自信心理状态下，无暇抢占对手市场，更无心开拓新产品、新领域的应用。”
正是由于传感器行业存在诸多不足，使得“感知中国”提出七年来，物联网并没有带来预期的变革。“每一类传感器从被发现到进入产业大规模应用的年限很长，基本上需要15年到35年。”尤政认为，之所以转化时间长，是因为传感器就是要不断创新来获得竞争力。他认为，“传感器要提高竞争力还是应该以系统为主，要将传感器的信号处理、传输一起来做，系统要做牵引，从跟踪仿制、打牢基础到后来需求方提出系统需求牵引产业发展。”
“无论是国内主张的集成式创新还是国外提出的积木式创新，前提都是基础要好，我国在经济速度放缓的同时究竟要做什么事?”尤政赞同将硬件设备，如传感器等元器件重点发展，“把基础产业搞得更好一些”。
挥挥手让手机静音，或用手指在手腕处刷一下发送文本，或扬手切换应用程序……当这种直观的手势用户界面进入我们的日常生活时，我们会很快忘记它的存在。想象一下，在房间的某个角落，或者在你身体的某个地方，一个微小的超声波传感器艰难地工作着，它要从周围懒惰的空气分子中、从我们周围未使用到的超声波频谱中，提取出有用的信息。
如果物联网将实现数以百亿计的智能设备连接，或许到2020年，我们能以比语音和触摸更好的方式来与这个世界互动。而智能装备之所以先进，离不开它的基础感官设备——传感器的快速发展。
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