【導(dǎo)讀】身為21世紀(jì)的新新工程師們，面對(duì)國產(chǎn)傳感器落后世界一大截的情況該如何發(fā)力呢？雖然中國的傳感器市場(chǎng)發(fā)展很快，但本土傳感器技術(shù)與世界水平相比仍存在很大差距。這種差距，一方面表現(xiàn)為傳感器在感知信息方面的落后，另一方面，則表現(xiàn)為傳感器自身在智能化和網(wǎng)絡(luò)化方面的技術(shù)落后。
當(dāng)下，隨著物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的開啟，各式各樣的傳感器正成為無處不在的神經(jīng)元，全球?qū)τ趥鞲衅鞯男枨笠查_始呈現(xiàn)爆發(fā)性的增長。但是，在這一次盛宴開啟的前夜，業(yè)界又遺憾地發(fā)現(xiàn)，中國似乎又落伍了。
在傳感器這一概念“出現(xiàn)”之前，早期的測(cè)量?jī)x器中其實(shí)就有傳感器，只不過是以整套儀器中一個(gè)部件的形式出現(xiàn)。所以，中國在1980年以前，介紹傳感器的教科書叫做“非電量的電測(cè)量”。
傳感器概念的出現(xiàn)其實(shí)是測(cè)量?jī)x器逐步走向模塊化的結(jié)果。此后，傳感器從整套儀器系統(tǒng)中獨(dú)立出來，單獨(dú)作為一個(gè)功能器件進(jìn)行研究、生產(chǎn)、銷售。
根據(jù)傳感器工作原理，可分為物理傳感器和化學(xué)傳感器兩大類。物理傳感器應(yīng)用的是物理效應(yīng)，將被測(cè)信號(hào)量的微小變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，諸如壓電效應(yīng)，磁致伸縮現(xiàn)象，離化、極化、熱電、光電、磁電等效應(yīng)。
化學(xué)傳感器則是以化學(xué)吸附、電化學(xué)反應(yīng)等現(xiàn)象為因果關(guān)系的傳感器。近年來，出現(xiàn)了利用各種生物特性做成的生物型傳感器，用以檢測(cè)與識(shí)別生物體內(nèi)化學(xué)成分。
嚴(yán)格來說傳感器不算是一個(gè)單純的學(xué)科方向，因?yàn)楦鱾€(gè)學(xué)科都有研究傳感器的。依據(jù)新發(fā)現(xiàn)的物理現(xiàn)象、化學(xué)效應(yīng)制造的新的傳感器，實(shí)際上是對(duì)別的專業(yè)基礎(chǔ)研究成果的二次開發(fā)。伴隨電子電路技術(shù)的飛速發(fā)展，越來越多的測(cè)量問題集中到了傳感器這一環(huán)節(jié)上。最終，傳感器的性能決定了整套測(cè)量?jī)x器的性能。這是傳感器發(fā)展最重要的推動(dòng)力。
傳感器的市場(chǎng)，其實(shí)是由應(yīng)用推動(dòng)的。比如，化學(xué)工業(yè)中，壓力、流量傳感器市場(chǎng)相當(dāng)大;汽車工業(yè)中，轉(zhuǎn)速、加速度等傳感器市場(chǎng)非常大。基于微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS）的加速度傳感器現(xiàn)在技術(shù)較為成熟，對(duì)汽車工業(yè)的需求拉動(dòng)功不可沒。
MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems）是指可批量制作的，集微型機(jī)械結(jié)構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器、通信等于一體的微型器件或系統(tǒng)。它體積小、重量輕、成本低、功耗低、可靠性高，適于批量化生產(chǎn)，易于集成和實(shí)現(xiàn)智能化，同時(shí)也能實(shí)現(xiàn)某些傳統(tǒng)機(jī)械傳感器所不能實(shí)現(xiàn)的功能。
谷歌已經(jīng)花費(fèi)了五年的時(shí)間來研發(fā)無人駕駛汽車。這些汽車上已經(jīng)沒有了加速踏板、剎車踏板和后視鏡，而是通過內(nèi)部的傳感器和車載電腦來控制汽車的運(yùn)行。在各類傳感器的幫助下，過去屬于人與人之間的互聯(lián)網(wǎng)，延伸和擴(kuò)展到了任何物品與物品之間。
1999年，在美國召開的移動(dòng)計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)國際會(huì)議就提出，“傳感網(wǎng)是下一個(gè)世紀(jì)人類面臨的又一個(gè)發(fā)展機(jī)遇”;2003年，美國《技術(shù)評(píng)論》提出傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將是未來改變?nèi)藗兩畹氖蠹夹g(shù)之首。
2005年國際電信聯(lián)盟（ITU）發(fā)布了《ITU互聯(lián)網(wǎng)報(bào)告2005：物聯(lián)網(wǎng)》。該報(bào)告指出，無所不在的“物聯(lián)網(wǎng)”通信時(shí)代即將來臨，世界上所有的物體從輪胎到牙刷、從房屋到紙巾都可以通過因特網(wǎng)主動(dòng)進(jìn)行交換。射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）、傳感器技術(shù)、納米技術(shù)、智能嵌入技術(shù)將得到更加廣泛的應(yīng)用。
美國權(quán)威咨詢機(jī)構(gòu)FORRESTER預(yù)測(cè)，到2020年，世界上物物互聯(lián)的業(yè)務(wù)，跟人與人通信的業(yè)務(wù)相比，將達(dá)到30比1，因此，“物聯(lián)網(wǎng)”被稱為是下一個(gè)萬億級(jí)的通信業(yè)務(wù)。
M2M就是把物與物聯(lián)系起來，以達(dá)到人與物、物與物的實(shí)時(shí)交流，是物聯(lián)網(wǎng)的最直接實(shí)現(xiàn)方式。
M2M技術(shù)，可以在運(yùn)輸過程中確保昂貴貨物的安全，可以為運(yùn)輸中的冷藏貨柜監(jiān)測(cè)位置和溫度，可以遠(yuǎn)程診斷發(fā)動(dòng)機(jī)的狀態(tài)，車主還可以實(shí)時(shí)接受導(dǎo)航和交通信息。
根據(jù)AT&T的評(píng)估，到2020年，全球M2M的連接數(shù)量將達(dá)到500億。實(shí)際上，隨著M2M解決方案的日漸成熟，通信、傳感設(shè)備成本的下降，物聯(lián)網(wǎng)將逐步滲入各個(gè)行業(yè)。
汽車、機(jī)械、大型設(shè)備等機(jī)器的全球互聯(lián)，利用新的分析技術(shù)和商業(yè)智能解決方案，可以從海量數(shù)據(jù)中抽取出更多有價(jià)值的信息，也可以為客戶提供更多的增值服務(wù)。
“物聯(lián)網(wǎng)最核心、最基礎(chǔ)的就是傳感器。”中國物聯(lián)網(wǎng)研究發(fā)展中心主任葉甜春對(duì)財(cái)新記者說，沒有傳感器就沒有辦法讓機(jī)器自動(dòng)感知信息。正是因?yàn)橛辛藗鞲衅骷尤刖W(wǎng)絡(luò)，物聯(lián)網(wǎng)的概念才被提出來。
看中國傳感器產(chǎn)業(yè)那些差距
傳感器作為現(xiàn)代科技的前沿技術(shù)，被認(rèn)為是現(xiàn)代信息技術(shù)的三大支柱之一，也是國內(nèi)外公認(rèn)的最具有發(fā)展前途的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)。然而，在傳感器迎來春天的時(shí)候，中國公眾看到的似乎仍然是國外半導(dǎo)體巨頭的盛宴。業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，雖然中國的傳感器市場(chǎng)發(fā)展很快，但本土傳感器技術(shù)與世界水平相比仍存在很大差距。這種差距，一方面表現(xiàn)為傳感器在感知信息方面的落后，另一方面，則表現(xiàn)為傳感器自身在智能化和網(wǎng)絡(luò)化方面的技術(shù)落后。由于沒有形成足夠的規(guī)模化應(yīng)用，導(dǎo)致國內(nèi)的傳感器不僅技術(shù)低，而且價(jià)格高，在市場(chǎng)上很難有競(jìng)爭(zhēng)力。
清華大學(xué)精密儀器系教授董永貴介紹，中國大致從1980年以后開始重視傳感器技術(shù)的研究。經(jīng)過多年的努力，在傳感器研究方面的發(fā)展水平還算是比較好的。但是，在產(chǎn)品化方面的技術(shù)進(jìn)步還不是很理想，很多傳感器技術(shù)，其實(shí)國內(nèi)的實(shí)驗(yàn)室研究水平并不是很差，可惜未能充分利用，沒有轉(zhuǎn)化為進(jìn)入市場(chǎng)的成熟產(chǎn)品。
他說，傳感器技術(shù)的研究需要比較長時(shí)間的投入，一款傳感器的研發(fā)，要6年-8年才能成熟，一般中國企業(yè)都承受不了這么長的周期。中國企業(yè)更難以承受失敗，而傳感器的研究失敗的風(fēng)險(xiǎn)很高。
根據(jù)董永貴在日本訪問時(shí)了解到的情況，日本企業(yè)支持的研發(fā)中，很多形不成產(chǎn)品，但是企業(yè)能夠承受，10項(xiàng)中只要2項(xiàng)-3項(xiàng)能夠變成產(chǎn)品就行。
“相比之下，我們很多企業(yè)都是準(zhǔn)備去拿別人現(xiàn)有的東西。”董永貴說，這種思路是有問題的，包括我們總是希望引進(jìn)國外現(xiàn)成的、有自己項(xiàng)目的人才。“都不準(zhǔn)備養(yǎng)魚，而是撈一條魚來。”
相比于比較大型的儀器設(shè)備，傳感器在產(chǎn)品化過程中需要的投資一般不是很大，所以比較適合小型企業(yè)投資。在這方面，中國應(yīng)該是有優(yōu)勢(shì)的。然而，如果從另外一個(gè)方面考慮，這也是一個(gè)短處。
傳感器行業(yè)的一個(gè)特點(diǎn)是，傳感器本身技術(shù)含量高，但單只傳感器的價(jià)格一般不高。此特點(diǎn)導(dǎo)致的一個(gè)結(jié)果是，盡管傳感器的技術(shù)附加值高，但單純依賴傳感器很難形成可觀的產(chǎn)值。
按照董永貴教授的比喻，傳感器有點(diǎn)像中藥里的“藥引”，本身功能很重要，但真正形成規(guī)模還需要依賴整服藥劑才行。國外很多傳感器公司一旦在某種傳感器上有突破，很快會(huì)有相關(guān)的測(cè)量?jī)x器開發(fā)出來。
而且，在中國的專利保護(hù)機(jī)制下，傳感器中辛辛苦苦研發(fā)出來的關(guān)鍵技術(shù)，往往呈現(xiàn)一種“訣竅”性質(zhì)，被抄襲后，很難說清楚，企業(yè)也打不起官司。國內(nèi)雖然也有MEMS傳感器企業(yè)，但都是委托加工，搞不好就被加工企業(yè)自己拿去做了，目前的企業(yè)創(chuàng)新體系有很大的問題。
2012年的時(shí)候，一位國內(nèi)傳感器領(lǐng)域的前輩在一次會(huì)議上說，為什么中國傳感器事業(yè)發(fā)展不好，就是缺乏能夠到國務(wù)院講課的領(lǐng)袖人物，這個(gè)領(lǐng)域研發(fā)的時(shí)間長，顯著度不夠，本身是很小的東西，所依據(jù)的物理現(xiàn)象是幾十年、上百年前就發(fā)現(xiàn)的。
這位學(xué)者指出，這種研究實(shí)際上非常辛苦，比如說有一種加速度傳感器，在石油行業(yè)中用于地震波測(cè)量，所依據(jù)的是蘇聯(lián)幾十年前提出的原理，但是直到這位專家在蘇聯(lián)解體后，到了美國才形成產(chǎn)品得到應(yīng)用。
“越是需要厚積薄發(fā)、廣種薄收的領(lǐng)域，我們差距越大。”董永貴認(rèn)為，現(xiàn)在差距有進(jìn)一步拉大的趨勢(shì)。
