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物联网,推动我国传感器产业弯道超车?

麦克卢汉的《理解媒介——论人的延伸》一书中,核心阐述了“媒介即讯息”的观点,但是其更深层次的理论可以归结为:一切工具与技术都是人的延伸。人类为了让自己的能力不断强大,从古至今,发明了一系列工具,小到钻木取火的石头,大到宇宙飞船。到了近现代,在传感器、通信和计算机技术为代表的信息科技技术的基础上,人类的延伸又达到了前所未有的高度。物联网兴起后,推动整个人类社会进入了智能化时代,传感技术的重要性更是可见一斑。

张珽(中科院纳米所研究员,博导)

南开大学环境科学系获得了学士和硕士学位,而后在美国加州大学(University of California,Riverside)化工和环境工程系化学工程专业获得博士学位,博士毕业后在美国加州NanoMIx高科技公司工作,任纳米技术科学家;

主要从事基于纳米材料纳米传感器电子器件的制造、表征,功能化,集成化,及其在环境、工业污染控制以及医疗诊断中的应用;

加入中科院以后,主要带领团队专注于微纳智能传感器及智能系统,以及智能制造和微纳制造工艺的研发,及相关传感器的应用研究;其在放生电子皮肤方面的研究处于国际领先地位,并已形成成果转化;

同时,其另一研究成果——只有一角硬币十分之一大小的MEMS空气质量传感器也已完成成果转化,并已经过了两年多的市场验证。

传感器——人类感官的延伸

“传感器相当于物联网的眼睛、耳朵,它是智能时代的基础,”张珽如是说,不过他同时认为物联网的兴起与发展“为传感器产业带来了春天,”两者之间的发展是相辅相成的。“大概在2013年的时候,美国半导体领域的一些核心人士专门针对智能时代的传感器产业进行了一些探讨,当时他们提出了一个万亿传感器市场的概念:再过10年左右的时间,全球范围内在用的传感器数量将达到一万亿只。目前来讲,2015年全球传感器产业的市场规模达到了1700多亿美金,中国应该是1300亿人民币左右。同时在全球经济低迷的情况下,传感器市场依然保持着每年百分之十几的增长率,”张珽说这种需求的推动力源于物联网引起的各行各业的变革,比如可穿戴、智能硬件、人机交互,以及一些传统行业的优化升级等。

物联网,推动我国传感器产业弯道超车?

张珽同时表示,如果万亿传感器市场的预期成真,在给传感器产业带来机遇的同时,也将带来巨大挑战,“面对如此大的需求量,传感器的制备技术和工业水平等方面都需要革新。”

正如张珽所说,传感器的发展很大程度上是由应用层的需求驱动的,同时新材料、新原理、新工艺,以及新的测试方法和制造方法的出现,可能会促进传感器产业的跨越式发展。比如MEMS工艺的出现,让传感器可以像芯片那样进行生产制造,可以在更小的体积上制造微型化、低能耗、高精度的传感器阵列,促进多传感器融合和智能化,从而造就了传感器产业的一次较大跨越。

“目前一些新材料、新工艺都开始不断地涌现出来。首先在材料方面,比如说石墨烯、纳米线等纳米材料,都开始在很多层面的传感器上起到引领作用。其次在工艺方面,原来在陶瓷上做一些传感器,可能体件比较大,能耗比较高。现在利用硅工艺,借助集成电路领域的先进制造技术,可以生产出非常小尺寸的微纳传感器,同时还能达到很低的能耗,并且性能还有很大地提升。此外,印刷技术的发展,尤其是3d打印、纳米打印等新兴技术,可以大大降低传感器的投入成本,”张珽认为这些方面的同时进步,势必会引起传感器产业的质变,“再比如说纳米材料,我们拿它做传感器的敏感层,你可以想像一下,如果所有纳米粒子都按照你想像地顺序来排列,那么在微观尺度的条件下,能够组成高密度的传感器,这个时候它带来的改变就不止一点了。”

物联网,有望推动我国传感器产业弯道超车

“传感器作为现代信息产业的重要神经触角,是新技术革命和信息社会的重要技术基础,广泛应用于各行各业。目前世界发达国家都大力布局传感技术产业,中国的传感器市场发展很快,比如我国1300亿人民币的传感器市场,总共有5000多家从事传感器研发与生产的企业,但本土高端传感器技术与世界发达国家水平相比仍存在明显差距,很多核心技术都掌握在国外企业的手里,因此还有较大的提升空间。”对此现状,张珽并不悲观,因为随着国家对传感器产业的重视,随着物联网产业的快速发展,以及更多掌握传感器核心技术的海归科学家回国创业,我国的传感器产业必将飞跃。

物联网,推动我国传感器产业弯道超车?

中国传感器产业增长情况表

世界传感器产业的发展史,可以追溯到17世纪初期温度计的发明及应用,不过真正意义上的传感器出现于19世纪初期,德国物理学家赛贝发明了将温度变成电信号的传感器,即后来的热电偶传感器,传感器真正发展起来在20世纪初期。中国传感器产业的萌芽阶段应该在20世纪的七八十年代,开始发展在九十年代末。

物联网,推动我国传感器产业弯道超车?

可以看出,中国传感器产业的整个发展历程至少比国际上晚了半个世纪。但是近些年来,也取得了巨大的进步,随着技术的积累,以及伴随物联网而来的大量需求驱动,这种进步的速度将越来越快。基于中国本土传感器企业小而多的现状,张珽认为“应该进行整合”,以加强国际竞争力。传感器的物联网应用和个性化医疗管理与服务将是下一代传感信息产业的重要驱动力,发展柔性化和微型化MEMS的新型微纳传感器技术,并在此基础上探索微纳传感器对人体健康、环境的动态实时检测具有重要意义,是传感器技术、纳米技术交叉研究的前沿,并有望为我国物联网、健康医疗、环境监测等相关产业的战略发展提供有力的支撑。

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