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物聯(lián)網,推動我國傳感器產業(yè)彎道超車?

2019-05-15 09:14 聯(lián)動原素

導讀:麥克盧漢的《理解媒介——論人的延伸》一書中,核心闡述了“媒介即訊息”的觀點,但是其更深層次的理論可以歸結為:一切工具與技術都是人的延伸。

麥克盧漢的《理解媒介——論人的延伸》一書中,核心闡述了“媒介即訊息”的觀點,但是其更深層次的理論可以歸結為:一切工具與技術都是人的延伸。人類為了讓自己的能力不斷強大,從古至今,發(fā)明了一系列工具,小到鉆木取火的石頭,大到宇宙飛船。到了近現(xiàn)代,在傳感器、通信和計算機技術為代表的信息科技技術的基礎上,人類的延伸又達到了前所未有的高度。物聯(lián)網興起后,推動整個人類社會進入了智能化時代,傳感技術的重要性更是可見一斑。 

張珽(中科院納米所研究員,博導)

南開大學環(huán)境科學系獲得了學士和碩士學位,而后在美國加州大學(University of California,Riverside)化工和環(huán)境工程系化學工程專業(yè)獲得博士學位,博士畢業(yè)后在美國加州NanoMIx高科技公司工作,任納米技術科學家;

主要從事基于納米材料納米傳感器電子器件的制造、表征,功能化,集成化,及其在環(huán)境、工業(yè)污染控制以及醫(yī)療診斷中的應用;

加入中科院以后,主要帶領團隊專注于微納智能傳感器及智能系統(tǒng),以及智能制造和微納制造工藝的研發(fā),及相關傳感器的應用研究;其在放生電子皮膚方面的研究處于國際領先地位,并已形成成果轉化;

同時,其另一研究成果——只有一角硬幣十分之一大小的MEMS空氣質量傳感器也已完成成果轉化,并已經過了兩年多的市場驗證。

傳感器——人類感官的延伸

“傳感器相當于物聯(lián)網的眼睛、耳朵,它是智能時代的基礎,”張珽如是說,不過他同時認為物聯(lián)網的興起與發(fā)展“為傳感器產業(yè)帶來了春天,”兩者之間的發(fā)展是相輔相成的?!按蟾旁?013年的時候,美國半導體領域的一些核心人士專門針對智能時代的傳感器產業(yè)進行了一些探討,當時他們提出了一個萬億傳感器市場的概念:再過10年左右的時間,全球范圍內在用的傳感器數量將達到一萬億只。目前來講,2015年全球傳感器產業(yè)的市場規(guī)模達到了1700多億美金,中國應該是1300億人民幣左右。同時在全球經濟低迷的情況下,傳感器市場依然保持著每年百分之十幾的增長率,”張珽說這種需求的推動力源于物聯(lián)網引起的各行各業(yè)的變革,比如可穿戴、智能硬件、人機交互,以及一些傳統(tǒng)行業(yè)的優(yōu)化升級等。

張珽同時表示,如果萬億傳感器市場的預期成真,在給傳感器產業(yè)帶來機遇的同時,也將帶來巨大挑戰(zhàn),“面對如此大的需求量,傳感器的制備技術和工業(yè)水平等方面都需要革新。”

正如張珽所說,傳感器的發(fā)展很大程度上是由應用層的需求驅動的,同時新材料、新原理、新工藝,以及新的測試方法和制造方法的出現(xiàn),可能會促進傳感器產業(yè)的跨越式發(fā)展。比如MEMS工藝的出現(xiàn),讓傳感器可以像芯片那樣進行生產制造,可以在更小的體積上制造微型化、低能耗、高精度的傳感器陣列,促進多傳感器融合和智能化,從而造就了傳感器產業(yè)的一次較大跨越。

“目前一些新材料、新工藝都開始不斷地涌現(xiàn)出來。首先在材料方面,比如說石墨烯、納米線等納米材料,都開始在很多層面的傳感器上起到引領作用。其次在工藝方面,原來在陶瓷上做一些傳感器,可能體件比較大,能耗比較高。現(xiàn)在利用硅工藝,借助集成電路領域的先進制造技術,可以生產出非常小尺寸的微納傳感器,同時還能達到很低的能耗,并且性能還有很大地提升。此外,印刷技術的發(fā)展,尤其是3d打印、納米打印等新興技術,可以大大降低傳感器的投入成本,”張珽認為這些方面的同時進步,勢必會引起傳感器產業(yè)的質變,“再比如說納米材料,我們拿它做傳感器的敏感層,你可以想像一下,如果所有納米粒子都按照你想像地順序來排列,那么在微觀尺度的條件下,能夠組成高密度的傳感器,這個時候它帶來的改變就不止一點了。”

物聯(lián)網,有望推動我國傳感器產業(yè)彎道超車

“傳感器作為現(xiàn)代信息產業(yè)的重要神經觸角,是新技術革命和信息社會的重要技術基礎,廣泛應用于各行各業(yè)。目前世界發(fā)達國家都大力布局傳感技術產業(yè),中國的傳感器市場發(fā)展很快,比如我國1300億人民幣的傳感器市場,總共有5000多家從事傳感器研發(fā)與生產的企業(yè),但本土高端傳感器技術與世界發(fā)達國家水平相比仍存在明顯差距,很多核心技術都掌握在國外企業(yè)的手里,因此還有較大的提升空間?!睂Υ爽F(xiàn)狀,張珽并不悲觀,因為隨著國家對傳感器產業(yè)的重視,隨著物聯(lián)網產業(yè)的快速發(fā)展,以及更多掌握傳感器核心技術的海歸科學家回國創(chuàng)業(yè),我國的傳感器產業(yè)必將飛躍。

中國傳感器產業(yè)增長情況表

世界傳感器產業(yè)的發(fā)展史,可以追溯到17世紀初期溫度計的發(fā)明及應用,不過真正意義上的傳感器出現(xiàn)于19世紀初期,德國物理學家賽貝發(fā)明了將溫度變成電信號的傳感器,即后來的熱電偶傳感器,傳感器真正發(fā)展起來在20世紀初期。中國傳感器產業(yè)的萌芽階段應該在20世紀的七八十年代,開始發(fā)展在九十年代末。

可以看出,中國傳感器產業(yè)的整個發(fā)展歷程至少比國際上晚了半個世紀。但是近些年來,也取得了巨大的進步,隨著技術的積累,以及伴隨物聯(lián)網而來的大量需求驅動,這種進步的速度將越來越快?;谥袊就羵鞲衅髌髽I(yè)小而多的現(xiàn)狀,張珽認為“應該進行整合”,以加強國際競爭力。傳感器的物聯(lián)網應用和個性化醫(yī)療管理與服務將是下一代傳感信息產業(yè)的重要驅動力,發(fā)展柔性化和微型化MEMS的新型微納傳感器技術,并在此基礎上探索微納傳感器對人體健康、環(huán)境的動態(tài)實時檢測具有重要意義,是傳感器技術、納米技術交叉研究的前沿,并有望為我國物聯(lián)網、健康醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測等相關產業(yè)的戰(zhàn)略發(fā)展提供有力的支撐。