大力發(fā)展智能傳感材料與器件

智能傳感器件是信息時代的感知單元，可接收和處理海量數(shù)據(jù)并瞬時傳輸信息，在發(fā)展5G通信、人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、先進機器人、無人駕駛、智能制造、智慧交通、智慧醫(yī)療以及促進經(jīng)濟高質(zhì)量躍遷和建設(shè)未來智能社會中擔(dān)當(dāng)著重要角色。

在計算機與通信技術(shù)迅猛發(fā)展的初期階段，人們忽視了傳感技術(shù)，造成信息技術(shù)“大腦”發(fā)達，而“五官”遲鈍的窘境。進入新世紀(jì)后，隨著納米材料、MEMS等先進制造技術(shù)的成熟，發(fā)達國家紛紛加速智能傳感技術(shù)布局，確立傳感技術(shù)和產(chǎn)品向感、知、聯(lián)功能一體化的智能系統(tǒng)方向發(fā)展。在國家政策的支持下，我國現(xiàn)已初步形成傳感技術(shù)研發(fā)體系，建設(shè)了若干平臺，有1800多家傳感器企業(yè)、 40家上市公司。但目前我國傳感材料與器件仍面臨關(guān)鍵技術(shù)缺失、創(chuàng)新能力不強、產(chǎn)品有效供給不足、國際競爭力薄弱等問題。例如，高端磁傳感器、醫(yī)用傳感器約90%以上依賴進口；新冠肺炎疫情期間，受到歐美流量、壓力等核心傳感部件供應(yīng)不足的影響，我國呼吸機產(chǎn)量只有實際產(chǎn)能的1/3?！?a href="http://ttokpm.com/v/" target="_blank">科技日報》2018年4月25日曾指出傳感器精確、穩(wěn)定的嚴(yán)苛要求，攔住了我國大部分企業(yè)向觸覺傳感器邁進的步伐。究其原因，一方面是日漸復(fù)雜的器件工藝讓中小型企業(yè)“望而生畏”；另一方面，知識產(chǎn)權(quán)是很難逾越的“攔路虎”，需要進行更多的探索與創(chuàng)新。

中國工程院院士屠海令

當(dāng)前，新技術(shù)革命和產(chǎn)業(yè)變革正蓄勢待發(fā)，學(xué)科領(lǐng)域交叉融合、互相滲透，智能傳感技術(shù)的發(fā)展進入了一個重要歷史階段，將有更多的新材料、新技術(shù)、新工藝、新軟件應(yīng)用于無人駕駛用激光雷達、組合導(dǎo)航輪速計，智能手機用飛行時間傳感器、組合慣性傳感器，智慧農(nóng)業(yè)用溫濕度傳感器，醫(yī)學(xué)檢驗檢測、器官芯片、可穿戴傳感器，以及航空航天、深空深海、高鐵、自主核電技術(shù)用的關(guān)鍵傳感模塊。

根據(jù)賽迪顧問數(shù)據(jù)，2019年全球傳感器市場規(guī)模達到1521億美元。中國傳感器市場規(guī)模2019年為2189億元，預(yù)計2022年將達3443億元。當(dāng)前智能傳感器已成為傳感領(lǐng)域發(fā)展的重頭戲，根據(jù)中國信通院數(shù)據(jù)，2019年全球智能傳感器市場為378.5億美元，工信部提出2019年我國智能傳感器產(chǎn)業(yè)規(guī)模應(yīng)到260億元。隨著新一代信息技術(shù)與智能制造工程項目的不斷落地，我國智能傳感器市場將會迎來快速增長的爆發(fā)期。

“十四五”期間智能傳感材料與器件領(lǐng)域應(yīng)堅持科技自立自強，以戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)、國家重大工程、生命健康保障等需求為牽引，系統(tǒng)布局和實施國家重點研發(fā)計劃，抓住新的發(fā)展機遇，盡快占領(lǐng)高端產(chǎn)品市場，為此提出以下三方面建議：

一是繼續(xù)加強應(yīng)用基礎(chǔ)研究，建立學(xué)科交叉的智能傳感研發(fā)體系，全方位深化開放合作，通過顛覆性新技術(shù)引領(lǐng)創(chuàng)新發(fā)展

智能傳感材料制備、器件設(shè)計與研發(fā)難度極大，算法軟件設(shè)計過程復(fù)雜，因此應(yīng)用基礎(chǔ)研究十分重要。要特別關(guān)注二維材料、超材料、有機框架材料、柔性材料、特別是量子材料的研發(fā)，鼓勵對上述前沿材料基礎(chǔ)物理、化學(xué)性能的探索研究。最近倫敦大學(xué)利用納米金剛石中氮空位缺陷的量子特性，制備體外診斷的超靈敏傳感器，可將HIV的診斷靈敏度提高98000倍，目前正在進行新冠病毒檢測試驗工作。未來，前沿材料可能在智能傳感技術(shù)創(chuàng)新中起到重要的變革性作用。

智能傳感涉及了材料、信息、能源、生物等領(lǐng)域，其學(xué)科跨度廣、技術(shù)難度大。以生物醫(yī)用傳感技術(shù)為例，它融合了微電子技術(shù)與生物技術(shù)領(lǐng)域的多個小學(xué)科，對 “精準(zhǔn)診斷”、“個性化藥物監(jiān)測與評價”等未來醫(yī)學(xué)發(fā)展具有重要影響。再有，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)不但要求智能傳感器具有高靈敏、高穩(wěn)定、低功耗、低成本和良好的魯棒性，而且還要求軟件用戶界面良好、數(shù)據(jù)智能分析、近傳感器和傳感器內(nèi)計算，以降低時間延遲、增強數(shù)據(jù)安全。此外，因智能傳感技術(shù)具有學(xué)科交叉的復(fù)雜性，未來需要加強標(biāo)準(zhǔn)制定、規(guī)范設(shè)計。建議設(shè)置先導(dǎo)科技項目，加強智能傳感前沿交叉領(lǐng)域部署；建立學(xué)科間合作平臺，促進多學(xué)科融合發(fā)展。同時，進一步加強政府間科技合作，通過國內(nèi)外大學(xué)、企業(yè)等多渠道聯(lián)合研發(fā)顛覆性新材料、新軟件、新技術(shù)以及面向未來的智能傳感材料與器件，共同推動認(rèn)識和感知創(chuàng)新，以更加開放的思維和舉措融入全球智能傳感器研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化。

二是加強國家戰(zhàn)略科技力量，發(fā)揮新型舉國體制優(yōu)勢，下大力氣突破關(guān)鍵核心技術(shù)

目前國內(nèi)材料領(lǐng)域建有“智能傳感功能材料國家重點實驗室”，器件領(lǐng)域有“傳感技術(shù)聯(lián)合國家重點實驗室”“化學(xué)生物傳感與計量學(xué)國家重點實驗室”“國家智能傳感器創(chuàng)新中心”等，這些國家級平臺經(jīng)過多年建設(shè)，在各自領(lǐng)域均發(fā)揮了積極作用。建議進一步統(tǒng)籌規(guī)劃，集中力量攻克高端傳感材料與器件技術(shù)難題，建設(shè)若干開放共享的研發(fā)平臺，充分發(fā)揮國家戰(zhàn)略科技力量的作用，開展跨學(xué)科產(chǎn)學(xué)研用協(xié)同創(chuàng)新：重點突破硅基MEMS加工技術(shù)、MEMS與CMOS工藝集成技術(shù)、非硅模塊化集成技術(shù)、器件級、晶圓級MEMS封裝和系統(tǒng)級測試技術(shù)；集中攻關(guān)智能傳感器可靠性設(shè)計與試驗、模擬仿真、信號處理、無線通信、電子自動化設(shè)計（EDA）工具、軟件算法等；開發(fā)新型傳感材料，推進設(shè)計與制造工藝的深度結(jié)合，突破現(xiàn)有技術(shù)與知識產(chǎn)權(quán)壁壘，占領(lǐng)未來技術(shù)制高點。同時要充分發(fā)揮產(chǎn)學(xué)研用相結(jié)合的優(yōu)勢，開展以需求為導(dǎo)向，以市場為目標(biāo)的顛覆性技術(shù)研發(fā)，啃核心技術(shù)“硬骨頭”，實現(xiàn)智能傳感器領(lǐng)域科技自立自強。

三是發(fā)揮市場機制作用，營造良好的產(chǎn)業(yè)發(fā)展生態(tài)環(huán)境，支持傳感領(lǐng)域中小型科創(chuàng)企業(yè)發(fā)展，補齊短板，拓展市場

智能傳感材料與器件種類繁多，應(yīng)用場景廣泛。因此，建議“十四五”期間，要充分發(fā)揮市場機制的作用，完善以中小型科創(chuàng)企業(yè)為主體的產(chǎn)業(yè)生態(tài)環(huán)境，設(shè)立為中小企業(yè)提供全面服務(wù)的政府部門，解決它們發(fā)展中面臨的問題，切實發(fā)揮中小型科創(chuàng)企業(yè)的市場主體作用。加快營造智能傳感材料與器件相關(guān)企業(yè)自主經(jīng)營、公平競爭的市場環(huán)境，完善產(chǎn)業(yè)鏈、創(chuàng)新鏈、資金鏈。在京津冀、長三角、粵港澳等電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)達的區(qū)域培育一批智能傳感材料與器件的“高精特新”企業(yè)，促進智能傳感器產(chǎn)業(yè)集群發(fā)展。

展望未來，相信我們有能力搶占智能傳感材料、器件、系統(tǒng)及應(yīng)用的戰(zhàn)略制高點，實現(xiàn)智能傳感產(chǎn)業(yè)鏈、供應(yīng)鏈的自主可控，為建設(shè)世界科技強國，推進經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展奠定堅實的基礎(chǔ)。

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