中国工程院院士尤政：传感器是信息化社会基石，高端传感器成我国卡脖子技术

作者：Youzheng（中国工程学院院士，中国仪器学会主席）

作为信息获取的来源，传感器是与物理世界和数字世界相连的桥梁，并且已成为信息社会必不可少的基石。它将各种物理量，化学物质或生物学特征转换为可检测和数字电信号，并且是我们对世界的感知的主要工具。在科学研究，工业生产，国防安全，医疗和健康以及其他领域，传感器起着至关重要的作用。

▲中国工程学院院士和中国乐器和工具学会主席

随着技术的持续发展，该传感器已从单独的设备发展为智能传感器微型系统，该系统收集信息采集，过程，传输和电源。突出。但是，正是由于其高度精确属性，高端传感器已成为我国家面临的核心“卡颈”技术。

高端传感器已成为“卡颈”技术的三个原因：首先，它涉及许多新的原理，新材料和新设备，这些原理与基础科学和基础技术的创新密切相关。用户与各行各业密切相关。其次，传感器将多个学科的切割边缘技术汇集在一起​​。它具有跨学科交叉融合的特征，其工业投资很大。最后，传感器的应用被广泛使用，技术类别很复杂，产品和行业被广泛分布。每个解决方案都有其特殊要求。

那么，高端传感器可以带给我们什么？在技​​术的边界创新中，传感器是“先驱”。在整个科学技术的历史中，核心传感器技术的突破促进了世界科学中心的形成。许多诺贝尔奖的奖金与切割边缘传感器和工具的支持密不可分。在国民经济的主要战场上，传感器是“乘数”。它几乎渗透到了所有级别的社会生产和生活。例如，大量传感器已集成在智能手机中，这些传感器大大增强了手机功能并进入了智能时代。此外，传感器行业本身具有巨大的市场规模，并且它驱动的上游和下游产业链创造的产出价值更加令人惊奇。

在国家战略工程中，传感器是“胜利的”。其性能和质量直接决定了主要设备和战略产品的性能和质量。以高速导轨为例，传感器在火车监控和维护，铁路健康监控和火车安全保护中起着必不可少的作用。在医疗和健康方面，传感器是“金刚钻石”，为医生提供了基础。在国防安全中，传感器是“战斗有效性”。从某种意义上说，现代战争是战争。各种高端传感器在精确的指导，情况感知和目标打击中起决定性作用。

但是，我国高端传感器的发展并不乐观。尽管我国家的传感器市场的规模不断增长，但世界上全球公司约占国内市场份额的60％，尤其是在高端传感器市场中。我国家的传感器中约有80％依赖进口。此外，我国的创新生态学，设计工具和研发平台，高级材料和核心设备，高端芯片和流程设备在传感器行业中仍然存在差距。

要成为一个强大的国家，我的国家需要在以下方面继续努力：首先，请注意“生产和教育的整合”，加强人才培训和工业发展的深入和整合，培养高高 - 结束才能，并促进技术创新。第二个是加强协作创新，协调计划，合理地部署政府，企业，大学，科学研究机构，用户，金融机构和其他创新元素，以实现传感器行业的有效运营以及可持续和健康的发展。第三个是增加演示应用，重点关注国家工程任务，重要的战略设备以及社会和经济生活需求，组织创新组织，促进工业集聚，并构成传感器行业的生态链。

简而言之，作为信息社会的基石，传感器的重要性是自我的。面对高端传感器的“卡颈”技术，我的国家需要增加投资，加强创新，促进传感器行业的快速发展，并促进了一个强大的科学和技术国家的目标。

2030年传感器技术的五个主要进化方向

传感器技术是现代创新的基石，它在医疗，环境监测和消费电子等各种行业中起着关键作用。智能设备的集成促进了真实的数据收集和分析，从而促进自动化，提高效率并确保更高的安全性。

随着技术的发展，对更复杂，更可靠和更智能传感器的需求将增加。到2030年，传感器技术有望进行重大变化，以提供超出当前期望的功能。本文将探讨2030年传感器技术的预期发展，并回顾这些进展的最新研究和创新。

传感器技术的历史很简短

自20世纪初以来，传感器技术取得了长足的进步。当时，基本的机械和电气传感器主要用于工业用途，为将来的开发奠定了基础。进入20世纪中叶，半导体传感器的引入带来了重大突破。这些新的传感器极大地提高了准确性和敏感性，为更先进的开发奠定了基础。

在20世纪末，微电子系统（MEMS）再次跃升。这些微型但功能强大的传感器可以在不牺牲性能的情况下进行微型化，从而成为该领域的变压器。

在21世纪初期，物联网（IoT）时代被引入，这再次改变了传感器技术。智能传感器开始出现，并且具有无线通信和数据处理功能，可以连接并与其他设备进行交互。

如今，该传感器通过与人工智能（AI）和机器学习（ML）集成而进一步开发，提供了一种真正的时间洞察力，该洞察力曾经存在于科幻小说中。随着越来越多的行业认识到传感器在监视，数据收集和决策中的价值，传感器市场有望继续增长。

未来边界：2030年传感器技术

预计传感器技术将带来重大进展，并重新定义行业和日常生活。到2030年，传感器有望在准确性，能源效率和新兴技术的整合方面达到新的高度。在该领域可以预期的关键开发中讨论了以下各节。

提高准确性和灵敏度

到2030年，准确性和灵敏度将成为传感器技术的关键。材料科学的进步，尤其是纳米技术的进步，将使传感器能够检测到环境或生物条件上最微妙的变化。

纳米材料以其独特的性能而闻名。它将增强传感器识别微小变化的能力，从而实现更早，更准确的医学诊断。这些改进将超越药物，并通过污染物和检测标记的大气条件的变化来完全改变环境监测，从而促进更有效的干预措施。在工业环境中，更高的准确性将改善过程监控并提高质量控制和运营效率。

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超低功耗

能源效率将成为下一代传感器的标志。由于传感器是在远程部署或难以到达的情况下，经常维护不现实的维护，因此对超低功耗的需求将增加。

到2030年，该传感器有望以最小的功率运行，并可能通过环境收集和其他技术从其环境中获取能源。这意味着传感器可以将光，热或振动转换为电能，从而延长其使用寿命并最大程度地减少对一次性电池的依赖，从而减少对环境的影响。

节能传感器对于扩展的物联网生态系统至关重要。它支持跨不同应用程序的连续监视和数据收集，而不必经常替换功率。

例如，电子杂志最近发表的一篇论文探讨了物联网应用中能源收集传感器的实用性。这些传感器可以有效地将环境能（例如光，热和振动）转化为电能。这项技术强调了建立一个自给自足的传感器网络的潜力。该网络不需要维护，从而降低了各个行业的运营成本。

与量子技术融合

量子技术很快将成为传感器技术的转换力。据估计，到2030年，量子传感器将达到前所未有的准确性和灵敏度。这些传感器使用量子力学的原理，例如叠加和纠缠来测量物理量，其准确性水平远远超过了传统传感器。

该功能对于需要高精确度量的区域具有特殊的价值，包括导航，医学成像和环境监测，因为量子传感器可以检测和定量量子水平，并提供以前无法实现的见解。

量子技术和传感器的结合将为科学研究和工业应用开辟新领域。例如，在医学成像领域，量子传感器可以检测到磁场的小变化，从而实现对人体的非侵入性和高度详细的扫描。在导航领域，量子传感器可以对重力场进行超精确的测量，从而提高全球定位系统（GPS）的准确性。

量子电子杂志发表的最新研究探讨了量子传感器在医学成像领域的潜力。研究人员说，量子传感器可以检测到神经活动产生的极弱磁场，从而提供了一种无创方法来监测大脑的功能。该技术可能通过提供高分辨率的图像而没有危险的辐射或侵入性手术来改变神经成像。

晚期生物相容性传感器

生物相容性的传感器也将变得更加复杂，可以与人体无缝集成以实现持续的健康监测。这些传感器通常由柔性和生物相容性材料制成，旨在与生物组织相互作用而不会引起不适或不良反应。

预计未来十年将在该领域取得重大进展，并且传感器将变得更小，更灵活，并可以监视更广泛的生理参数。

在《先进材料技术》杂志发表的最新研究中，研究人员发明了一个3D印刷的生物相容性传感器，可以将其顺利集成到可穿戴设备中，以进行连续的健康监测。这些传感器是由伸展的皮肤般的材料制成的，可以适应身体，并准确地测量心率，血压和血糖水平的基本迹象。这项研究标志着下一代可穿戴卫生技术发展的重大进展。

生物相容性传感器的潜在使用非常广泛，尤其是在医疗保健领域。智能手表和健身追踪器等可穿戴健康技术将从这些进度中受益，并提供更准确，更全面的生活标志监测。此外，用于监测慢性疾病或提供靶向治疗的植入设备还将改善功能和患者舒适性。

人工智能传感器网络

到2030年，人工智能和传感器技术的融合将诞生智能传感器网络。这些网络将能够做出独立的决策，并在无需手动干预的情况下优化数据收集，分析和响应。

人工智能传感器不仅可以获取数据，还可以在本地处理和解释数据，从而减少延迟并实现更快，更准确的真实时间决策。此功能在快速响应场景中特别有价值，例如工业自动化，智能城市和环境监测。

在智能城市，人工智能传感器网络将负责运输管理，空气质量监测和能源使用优化，从而促进更可持续和更有效的城市环境的发展。在工业环境中，这些网络将改善过程控制，预测性维护和质量保证，从而提高生产率并减少关闭时间。

人工智能和传感器网络的结合将在环境监测中发挥关键作用，并实现对自然灾害和环境危害的真正反应。随着人工智能技术的发展，IT和传感器网络的组合将创建一个不仅更聪明的系统，而且更适合适应性并对动态条件做出响应。这种协同作用将增强我们前所未有的准确性，并速度监控和管理环境挑战，并最终提高我们面对环境威胁时准备和恢复的能力。

传感器技术的快速创新是由全球持续研发工作促进的。研究人员继续探索新的材料，方法和新技术，以突破传感器可以达到的限制。

综上所述

传感器技术的未来充满了令人兴奋的可能性。它将重新定义行业并改善生活质量。到2030年，准确性，能源效率，量子整合，生物相容性和AI驱动的传感器网络的进步将促进各个领域的创新。

持续的研发为这些进步铺平了道路，以确保传感器能够继续发展，以满足越来越多的互连和数据驱动的世界的需求。在接下来的十年中，对于传感器技术来说，这是一个令人兴奋的时代，因为它将以曾经难以想象的方式继续发展和塑造未来。