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傳感器:“感知中國”的瓶頸

2016年12月06日 10:27 科學網 作者:佚名 用戶評論(0

  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

  如果物聯網將實現數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******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(數學函數法則)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。”中國工程院院士、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,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、無線數據傳輸技術、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)過程呈現兩階段的趨勢。一是技術創(chuàng)新,根據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,物聯網并沒有帶來預期的變革。“每一類傳感器從被發(fā)現到進入產業(yè)大規(guī)模應用的年限很長,基本上需要15年到35年。”尤政認為,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”。

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( 發(fā)表人:方泓翔 )

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