物联网的“传感”瓶颈

最近,一位美国华裔科学家宋金会实现了世界上第一个50纳米级的超高分辨率数字图像传感器的消息一经披露,就引起了业界广泛关注


蜘蛛网传感网

最近,一位美国华裔科学家宋金会实现了世界上第一个50纳米级的超高分辨率数字图像传感器的消息一经披露,就引起了业界广泛关注。其打破了这个领域数字图像传感器像素尺寸为1微米的行业极限,更引来国际电子、军工、航天、医疗、激光、信息存储技术以及有关部门的合作兴趣。

物联网不断发展升温,传感器的重要性也与日俱增,需求也跟着水涨船高。互联网的诞生助推了信息爆炸与全球化进程,接入互联网的主体从固定的点到每个人再到未来的万物互联。物联网装置制造商已经开发出动作、声音、影像、温度、湿度、气压等各式传感器,以实现多样化的智慧应用。但是,标准繁杂、服务同质化等也成为传感器产业难以克服的问题。

需求增长

感测器是一种可以感知周遭环境的装置,可将收集而来的资讯转换成电子讯号,让系统进一步分析该讯息。感测器应用广泛且种类众多,仅是携带型智慧装置中便内建动作、光线、影像及压力等多种传感器。

“物联网的概念出现后,感测器开始大举进驻人类生活。”工信部电子元器件行业发展研究中心总工程师郭源生在第二届全球传感器高峰论坛暨中国物联网应用峰会上介绍说。传感器的应用范围小至可吞食的药丸,大到可以让整座智慧城市中基础建设各自“拥有智慧”,并且互相联结。

智慧照明可借由感测热能、自动感应使用者进出状态,开启或是关闭灯泡电源,以便做到真正的节能。

湿度传感器应用于汽车的雨刷,若是下雨或是有液体喷溅到车窗上,传感器可以自动启动雨刷,排出挡风玻璃上的液体。

针对城市交通的部分,智慧型的计费表可以接受硬币、信用卡、近距离无线通讯智慧型手机来缴清停车费用。当市民找到停车位时不再需要争先恐后地将硬币投入停车计费表中。而这些智慧计费表还配备了车辆传感器,在应用程序中传递讯息,让驾驶者不必兜一圈才能找到停车位。

郭源生预计,光学式生物讯号传感器需求将增长迅速。消费者开始注重自身生理健康,一般穿戴式装置中简单的计步与睡眠监测功能早已不能满足使用者需求,透过不同波长的发光二极体(LED)照射在皮肤上来测量心率、血压及血氧等生理数值才是穿戴式装置的发展趋势。

环境感测也将成为下一波传感器发展趋势。“近年来消费者对生活周遭的环境品质要求上升,将带动一波环境感测器的需求上涨。”郭源生说。

发展迅猛

2015年,全球物联网设备出现了大幅增长。郭源生介绍,到2015年,全球联网设备达到49亿件,比2014年增加了30%。“我国物联网及传感器产业规模持续扩大,同时传感器市场规模将近1200亿元。随着市场应用推广,我国产业发展呈现出迅猛的发展态势,产业辐射和带动作用较大。”郭源生说。

预计在未来5年内,全球传感器总量复合年增长率将超过15%,部分行业应用正在加快。“特别是国内产业结构调整与转型升级加速,‘一带一路’的战略实施以及在汽车、家电、装备类、医疗、环保等产业应用范围的扩大,传感器用量大幅增加。”郭源生感慨,物联网技术的应用真是“突如其来、无法估量”。

至于技术创新,汉威电子董事长任红军认为,我国在物联网自主技术标准和共性基础能力上将实现进一步突破。“传感器与控制器融合、产品制造与内容服务融合的创新步伐将不断加快。”

“企业与市场的利好决定了车联网、智能家居产品及解决方案将大规模上市。”任红军说。在产品应用上,智能产品种类将继续增多,设备与设备之间的交互连接智能化程度越来越高,有望将物联网现有的星形结构扩展到网络结构。

互联网时代未来的制胜关键就是生态圈的竞争。企业要么自行组织产业生态圈子,要么寻找合适的圈子加入其中,否则在竞争中就会处于从属、被动地位。“今年,有更多的企业和团队通过众筹模式参与到传感器产品的研制生产当中。”任红军说。众筹模式有效拉近了消费者与生产者的距离,众筹平台将推出更多物联网潮品。

同时,政策出台向行业应用偏重,政策内容中加大力度补齐软硬件自主知识产权短板的态势也将更加明显。

产业走向“集群化”

前景固然可期,现实困境犹存。

两院院士陈俊亮曾表示:“物联网时代正向我们走来,过去人们所幻想的万物互联、智能社会的图景,如今正随着传感技术的发展逐渐成为现实。但是现在物联网发展的最大瓶颈仍然体现在传感器上。”

“国内传感器生产种类少、产量低,这是物联网发展存在的最大短板。”陈俊亮说。

北京艾克艾瑞CEO王永涛认为,目前传感器产业面临的主要问题有:产业环节分散,有效的发展推进机制尚未建立。“很多企业对传感器带有偏见和片面认识,往往与集成电路产品、技术、工艺进行对比;缺乏有雄厚实力的企业家,大企业看不上,小企业投不起,资源难整合。”

“由于传感器技术含量高,产品多品种、小批量的行业特征,企业也习惯小规模和小团队运作,缺乏大而专的意识,导致行业企业数量多而规模小,这与国外情况完全不同。”王永涛分析说,“另一方面,传感器行业急缺技术开发和产业化发展等专业人才。”

如何突破长期困扰传感器行业发展的瓶颈问题?郭源生给出的建议是,通过体系建设和机制创新,形成“双生态”产业环境,打造国际化产业环境,引进和集中国际各种资源,构建完整的传感器产业链,使得传感器产业走向“集群化”发展道路。

“要打造中国的‘传感谷’。”郭源生说。要建立以人为本、环境优美、节能减排,以及硬件环境及公共服务设施完整的自然生态园区;还要打造上下游产业链完整、相互配比合理、市场服务短距离对接、公共服务齐全、人才优势突出的产业生态园区。

传感谷的建立还须多方合作、国家支持,郭源生认为,唯有如此,传感器产业才能适应全球化信息技术的新常态:区域渗透、产业融合、技术创新、结构转型。

何为MEMS传感器

MEMS的全称是微型电子机械系统,是指可批量制作的,将微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路,直至接口、通信和电源等集于一体的微型器件或系统。可理解为利用传统的半导体工艺和材料,用微米技术在芯片上制造微型机械,并将其与对应电路集成为一个整体的技术。所以它是以半导体制造技术为基础发展起来的一种先进的制造技术平台。

自1990年至今,MEMS传感器的应用有三波演进:一开始内建在汽车的安全气囊中,而后则是用于消费性电子内,第三波演进便是物联网崛起。

相对于传统的机械,它们的尺寸更小,最大的不超过一个厘米,甚至仅仅为几微米,其厚度就更加微小。采用以硅为主的材料,电气性能优良,硅材料的强度、硬度和杨氏模量与铁相当,密度与铝类似,热传导率接近钼和钨。采用与集成电路(IC)类似的生成技术,可大量利用IC生产中的成熟技术、工艺,进行大批量、低成本生产,使性价比相对于传统“机械”制造技术大幅度提高。

在今后5到10年内,消费类MEMS主要应用领域仍然是智能手机以及平板电脑。但是MEMS的应用领域将逐渐扩大,包括正在兴起的可穿戴设备、物联网等。虽然可穿戴设备现在使用MEMS的比例还比较小,目前还不到10%,现在苹果、三星、华为都已经纷纷推出了一些可穿戴式产品,有点像当初的智能手机刚推出时的状态,未来肯定会成为MEMS传感器增长最快的市场。

关于物联网,可能要5到10年以后,智能家居、智能城市有了很好的发展,物联网在MEMS传感器应用方面会有更好的发展。(贡晓丽整理)

来源:中国科学报



精彩评论 0

还可以输入100个字,评论长度3个中文字符以上
30846000:2017-07-23 08:39:51