不仅要发展中国芯,也要发展一流传感器!
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近些年,中兴、华为事件激发了国人对自主科技的关注,迫切想要拿回技术主动权,话语权,打破“卡脖子”问题,一度出现中国芯、炒芯潮。
然而,随着万物互联时代的到来,除了芯片,传感器也越来越重要。传感器作为物联网最底层,也是最关键的技术,是各物联网设备都必须要使用的,在未来很长一段时间内,都将会成为各国、各企业在竞争的重点。
传感器是一种检测装置,需要做的工作就是感受“信息”,并将信息转换为电信号传输至芯片,让中枢的芯片做出相符的应对。这个信息可以是任何的初始形态,包括温度、压力、超声波等。比如我们用手机拍照的时候,光敏传感器会捕捉落进摄像头的光线,将它转换为电信号传输至中枢,经过一系列的图像处理之后呈现出我们看到的照片。
可以说,芯片的存在,让物体有了“智慧”,能够做出用户想要的反馈;而传感器的存在,则让物体有了“触觉”、“味觉”,让物体活了起来。随着新一轮科技革命和产业变革的蓬勃兴起,传感器正被广泛应用于各类智能终端、工业互联网、机器人、自动驾驶、生物医疗、5G等众多新兴领域,发展前景广阔。
据前瞻产业研究院发布报告显示,我国于2012~2020年迎来传感器技术和产业快速发展期。中国传感器市场规模在2019年已超2000亿元;预计2021年,中国传感器市场规模将达近3000亿元。
相比人人重视的芯片产业,传感器在国内的关注度还有待提高。
中国传感器产业,能否实现“乘风破浪”?
面对重重围堵和“内忧外患”,中国的传感器真的就无路可走吗?也不是这样,未来中国传感器的道路,需要从政策、市场和技术三大因素开始抓起。
从政策方面来说,国家从2011年开始,就不断在国家的科技创新规划中不断加强传感器的地位。
在11月30日的《“十四五”信息化和工业化深度融合发展规划》中,工信部更是提出要加快工业芯片、智能传感器工业控制系统、工业软件等融合支撑产业培育和发展壮大,增强工业基础支撑能力。
在国家政策的鼓励和支持之下,我国的传感器企业在“长三角”、“珠三角”和京津地区集群分布发展起来。截至2020年9月,长三角地区的传感器产业达到了9862家,且主要以热敏、磁敏、气敏等传感器领域为主;而珠三角地区以热敏、磁敏、超声波为主;京津地区则更偏向于学术研发,产学相结合,共同推进智能传感器的开发。
从市场上来说,传感器和物联网的紧密相关,既是危机,又是一种机遇。
我国物联网市场可观,且5G发展的速度很快,因此,传感器最重要的就是做好本土化、定制化服务,只要做到国产化率高,质量差距不大,还比国外便宜,国内市场就有与国外竞争的充分优势。
从技术的角度来说,很难造出高端传感器的理由之一是产业体系不完整,人才也较为稀缺。
对此,我们不能羞于承认国外的优势,而是应该抱着积极的态度,参考国外经验,摆脱“造船不如买船,买船不如租船”的思维模式,凭借我国的人口优势和特有的业绩责任,紧抓底端质量,大力进行人才的引进和培养,对国际技术水平发起紧追。
来自代尔夫特理工大学的一个研究小组成功地设计了世界上最精确的微芯片传感器之一;该装置可以在室温下运行。他们将纳米技术和机器学习与自然界的蜘蛛网结合起来,能够使纳米机械传感器在与日常噪音极端隔离的情况下振动。这一突破发表在《先进材料》的新星期刊上,对引力和暗物质的研究以及量子互联网、导航和传感领域有很大影响。
基于这种新的设计,共同第一作者安德烈·库珀蒂诺(Andrea Cupertino)建造了一个微芯片传感器,该传感器带有一层超薄的、纳米级厚度的陶瓷材料--氮化硅。他们通过强行振动微芯片"网"并测量振动停止所需的时间来测试该模型。结果非常壮观:室温下的隔离振动打破了纪录,微芯片网的外面几乎没有能量损失:振动在内部一圈移动,不接触外面。这好比在秋千上给人推一把,就可以让他们不停地荡上近一个世纪。
通过他们的基于蜘蛛网的传感器,研究人员展示了这种跨学科战略如何通过结合生物启发设计、机器学习和纳米技术,为科学领域的新突破开辟了道路。这种新颖的范式对量子互联网、传感、微芯片技术和基础物理学有着有趣的影响:例如探索超小的力量,如众所周知的难以测量的重力或暗物质。据研究人员称,如果没有大学的凝聚力资助,这一发现是不可能的,这导致了纳米技术和机器学习之间的合作。