中國在大力發(fā)展芯片的同時(shí)也要發(fā)展傳感器！

來自代爾夫特理工大學(xué)的一個(gè)研究小組成功地設(shè)計(jì)了世界上最精確的微芯片傳感器之一;該裝置可以在室溫下運(yùn)行。他們將納米技術(shù)和機(jī)器學(xué)習(xí)與自然界的蜘蛛網(wǎng)結(jié)合起來，能夠使納米機(jī)械傳感器在與日常噪音極端隔離的情況下振動。這一突破發(fā)表在《先進(jìn)材料》的新星期刊上，對引力和暗物質(zhì)的研究以及量子互聯(lián)網(wǎng)、導(dǎo)航和傳感領(lǐng)域有很大影響。

研究最小尺度的振動物體，如用于傳感器或量子硬件的物體，最大的挑戰(zhàn)之一是如何保持環(huán)境熱噪聲不與它們的脆弱狀態(tài)發(fā)生作用。例如，量子硬件通常被保存在接近絕對零度(-273.15°C)的溫度下，這種特種冰箱的價(jià)格為50萬歐元一臺。來自代爾夫特理工大學(xué)的研究人員創(chuàng)造了一種網(wǎng)狀的微芯片傳感器，在與室溫噪聲隔離的情況下能產(chǎn)生極好的共振，他們的發(fā)現(xiàn)將使建造量子設(shè)備的費(fèi)用更加低廉。

基于這種新的設(shè)計(jì)，共同第一作者安德烈·庫珀蒂諾(Andrea Cupertino)建造了一個(gè)微芯片傳感器，該傳感器帶有一層超薄的、納米級厚度的陶瓷材料--氮化硅。他們通過強(qiáng)行振動微芯片"網(wǎng)"并測量振動停止所需的時(shí)間來測試該模型。結(jié)果非常壯觀：室溫下的隔離振動打破了紀(jì)錄，微芯片網(wǎng)的外面幾乎沒有能量損失：振動在內(nèi)部一圈移動，不接觸外面。這好比在秋千上給人推一把，就可以讓他們不停地蕩上近一個(gè)世紀(jì)。

不僅有“外患”，國內(nèi)傳感器的發(fā)展還存在“內(nèi)憂”，國內(nèi)的傳感器生產(chǎn)還是以代工或研究國外為主，鉆研傳感器相關(guān)核心技術(shù)的企業(yè)少之又少，而且產(chǎn)品也比較集中在中、低端方面，以目前的工程工藝水平，要進(jìn)入高端市場是比較困難的。

傳感器是一種檢測裝置，需要做的工作就是感受“信息”，并將信息轉(zhuǎn)換為電信號傳輸至芯片，讓中樞的芯片做出相符的應(yīng)對。這個(gè)信息可以是任何的初始形態(tài)，包括溫度、壓力、超聲波等。比如我們用手機(jī)拍照的時(shí)候，光敏傳感器會捕捉落進(jìn)攝像頭的光線，將它轉(zhuǎn)換為電信號傳輸至中樞，經(jīng)過一系列的圖像處理之后呈現(xiàn)出我們看到的照片。

可以說，芯片的存在，讓物體有了“智慧”，能夠做出用戶想要的反饋;而傳感器的存在，則讓物體有了“觸覺”、“味覺”，讓物體活了起來。隨著新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的蓬勃興起，傳感器正被廣泛應(yīng)用于各類智能終端、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、機(jī)器人、自動駕駛、生物醫(yī)療、5G等眾多新興領(lǐng)域，發(fā)展前景廣闊。

據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布報(bào)告顯示，我國于2012~2020年迎來傳感器技術(shù)和產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展期。中國傳感器市場規(guī)模在2019年已超2000億元;預(yù)計(jì)2021年，中國傳感器市場規(guī)模將達(dá)近3000億元。

但與這個(gè)發(fā)展規(guī)模相對的，卻是我國傳感器的依賴國外進(jìn)口度，達(dá)到了80%左右。尤其是汽車傳感器、光線傳感器、化學(xué)類氣體傳感器等，涵蓋了日常、航天、科學(xué)多個(gè)領(lǐng)域，很容易像芯片一樣陷入“受制于人”的窘境。

目前，我國的物聯(lián)網(wǎng)連接已經(jīng)具備了相當(dāng)大的規(guī)模，互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心(IDC)預(yù)計(jì)，中國的物聯(lián)網(wǎng)總連接量將在2025年達(dá)到102.7億，占到除日本以外亞太地區(qū)總連接量的84%。

但與這個(gè)發(fā)展規(guī)模相對的，卻是我國傳感器的依賴國外進(jìn)口度，達(dá)到了80%左右。尤其是汽車傳感器、光線傳感器、化學(xué)類氣體傳感器等等，涵蓋了日常、航天、科學(xué)多個(gè)領(lǐng)域，這意味著我國物聯(lián)網(wǎng)雖然比較發(fā)達(dá)，但是也很容易陷入“受制于人”的窘境。

不過，這也不能怪中國，主要是美、日、德三國搶占“高地”時(shí)間較早，目前占據(jù)了全球傳感器約70%市場的份額，已經(jīng)呈現(xiàn)出三足鼎立的壟斷格局，我們想破局還需要時(shí)間的積累。

去年4月，美國商務(wù)部宣布對中國實(shí)施新的出口限制政策，中國用于發(fā)展武器、軍用飛機(jī)或偵查技術(shù)的特殊傳感器幾乎被全面禁運(yùn)。面對這樣的惡意競爭，中國的傳感器發(fā)展得非常坎坷，如果長久下去，連帶著整個(gè)中國制造業(yè)都會被嚴(yán)重拖慢腳步。

不僅有“外患”，國內(nèi)傳感器的發(fā)展還存在“內(nèi)憂”，國內(nèi)的傳感器生產(chǎn)還是以代工或研究國外為主，產(chǎn)品也比較集中于中、低端傳感器，以目前的工程工藝水平，要介入高端市場還比較困難。

而且，根據(jù)2020年9月的《中國傳感器(技術(shù)和產(chǎn)業(yè))發(fā)展藍(lán)皮書》，可以發(fā)現(xiàn)國內(nèi)的傳感器研究院所僅有17家，高等院校僅有35家;除了研發(fā)院，國內(nèi)主傳感器的上市公司利潤率也普遍偏低，甚至偶爾出現(xiàn)負(fù)增長。