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褚君浩，中國(guó)科學(xué)院院士。中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所研究員，復(fù)旦大學(xué)材料科學(xué)系教授，《紅外與毫米波學(xué)報(bào)》主編，中科院學(xué)部主席團(tuán)成員。褚君浩院士長(zhǎng)期從事紅外光電子和半導(dǎo)體物理研究。獲得國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)三次、部委級(jí)自然科學(xué)獎(jiǎng)或科技進(jìn)步獎(jiǎng)12次。2005年當(dāng)選為中國(guó)科學(xué)院院士。

智能時(shí)代，傳感器無(wú)處不在。傳感器與計(jì)算機(jī)、通信被稱(chēng)為信息系統(tǒng)的三大支柱，成為衡量一個(gè)國(guó)家科技水平以及是否處在國(guó)際戰(zhàn)略競(jìng)爭(zhēng)制高點(diǎn)的一個(gè)重要標(biāo)志。各種機(jī)器設(shè)備中的傳感器就相當(dāng)于人類(lèi)的五官和神經(jīng)系統(tǒng)，它們讓機(jī)器能聽(tīng)、能聞、能看，從而更好地感知、學(xué)習(xí)和進(jìn)化，為我們提供高精度、智能化的服務(wù)。傳感器家族有哪些成員？它們能為我們提供怎樣的服務(wù)？高性能傳感器的市場(chǎng)長(zhǎng)期被美國(guó)、日本、德國(guó)的企業(yè)占據(jù)，我國(guó)科學(xué)家如何才能在這一領(lǐng)域拼出一席之地？

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，傳感器就是用材料經(jīng)過(guò)一定的設(shè)計(jì)，做成的一個(gè)器件，取代耳朵、鼻子、舌頭、眼睛、皮膚的功能。它能夠看得見(jiàn)、聽(tīng)得見(jiàn)，能夠聞得出味道，能夠感知到。它可以比人類(lèi)的功能更強(qiáng)大，所以傳感器要具有高性能。傳感器具有的高性能，一般要超過(guò)人類(lèi)的五官，能夠聽(tīng)得到很遠(yuǎn)的聲音，能夠看得見(jiàn)紅外光。

日常生活當(dāng)中傳感器非常多，最敏感的一個(gè)傳感器大家可能沒(méi)注意：你把手機(jī)靠近耳朵的時(shí)候，手機(jī)的屏幕就暗了，所以隨便怎么碰耳朵，照樣可以打電話，這就是手機(jī)傳感器在起作用。手機(jī)里面?zhèn)鞲衅髯疃啵叶己苄?、很靈敏?，F(xiàn)在傳感器的發(fā)展趨勢(shì)就是高精度、高靈敏、高速響應(yīng)、高穩(wěn)定性、高可靠性、微型化、柔性化、多功能集成化、數(shù)字化、智能化、無(wú)線通信化，另外還要綠色環(huán)保。

沒(méi)有傳感器就無(wú)法數(shù)字化

2019年，嫦娥四號(hào)探測(cè)器成功著陸在月球背面。嫦娥四號(hào)搭載了多種科學(xué)探測(cè)儀器，可以探測(cè)月球表面的地形地貌、月表物質(zhì)的成分和月球表層的結(jié)構(gòu)。嫦娥四號(hào)的著陸器上還安裝了4個(gè)與月壤直接接觸的溫度計(jì)，可每900秒測(cè)量一次月壤的溫度，這也是人類(lèi)首次實(shí)現(xiàn)在月球背面對(duì)月壤溫度進(jìn)行原位測(cè)量。

我們進(jìn)入了一個(gè)智能化的時(shí)代，上至宇宙探索，下至日常生活，數(shù)字技術(shù)已經(jīng)滲透到方方面面，農(nóng)業(yè)測(cè)產(chǎn)、荒野探礦、太空探月都離不開(kāi)傳感器，傳感器信息采集功能的重要性也因此越來(lái)越凸顯。物聯(lián)天下，傳感先行，無(wú)論是“大數(shù)據(jù)”“人工智能”，還是“物聯(lián)網(wǎng)”，其最重要的“基石”就是傳感器技術(shù)。那么，傳感器技術(shù)怎樣進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、計(jì)算？

智能時(shí)代的最大特點(diǎn)就是智能化系統(tǒng)的運(yùn)用。智能化系統(tǒng)有三大支柱：動(dòng)態(tài)感知、智慧識(shí)別、自動(dòng)反應(yīng)控制。比如機(jī)器人能夠把乒乓球打到，首先是動(dòng)態(tài)感知，看到這個(gè)球怎么過(guò)來(lái)；其次要分析這個(gè)球會(huì)從哪里進(jìn)來(lái)，這是智慧分析；然后它采取措施，打到這個(gè)球。智能化系統(tǒng)最后的出路就是推動(dòng)人工智能、智慧地球、數(shù)字城市的建設(shè)。這個(gè)系統(tǒng)最大的核心就是數(shù)字化，因?yàn)橹挥袛?shù)字化才能定量化、精準(zhǔn)化、規(guī)律化、智慧化，最后促進(jìn)數(shù)字經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

數(shù)字經(jīng)濟(jì)的“數(shù)字”從哪里來(lái)？就是靠傳感器來(lái)的，所以傳感器是大數(shù)據(jù)的源頭。數(shù)據(jù)有兩類(lèi)：一類(lèi)是文本大數(shù)據(jù)，另一類(lèi)是物理大數(shù)據(jù)。物理大數(shù)據(jù)是靠傳感器實(shí)時(shí)獲得的，這類(lèi)數(shù)據(jù)好多都是聲、光等類(lèi)型的，它們屬于一個(gè)波動(dòng)世界。這個(gè)波動(dòng)世界里面的數(shù)據(jù)量特別大，一個(gè)波有振幅、有位相、有頻率，還有偏振等等，再加上時(shí)間、空間等海量的大數(shù)據(jù)，就可以告訴我們好多信息，然后對(duì)這些信息進(jìn)行分析。

傳感器和物聯(lián)網(wǎng)是智慧地球、智慧城市兩個(gè)核心技術(shù)。智慧分析就是從大數(shù)據(jù)分析出一些我們所需要的信息?，F(xiàn)在浙江省義烏市有一座大橋里面安裝了好多傳感器，通過(guò)傳感器看它里面振動(dòng)的應(yīng)力波形，不同的車(chē)輛開(kāi)過(guò)去波形都會(huì)有變化。如果有一天發(fā)現(xiàn)應(yīng)力情況異常，就會(huì)報(bào)警。

傳感器是支撐智能化最重要的“一條腿”。無(wú)線通信接收信號(hào)要靠傳感器，通信衛(wèi)星主要就是發(fā)射和接收，接收需要傳感器，沒(méi)有傳感器，通信就中斷了，后面的智能化更無(wú)法實(shí)現(xiàn)。可以說(shuō)沒(méi)有傳感器，就沒(méi)有智能時(shí)代；沒(méi)有傳感器，也沒(méi)有信息化時(shí)代。

我國(guó)傳感器技術(shù)與國(guó)外的差距及優(yōu)勢(shì)

一部智能手機(jī)中有20多個(gè)傳感器，一部汽車(chē)更是有多達(dá)上百個(gè)各類(lèi)傳感器。無(wú)處不在的傳感器，已經(jīng)成為全世界最具發(fā)展?jié)摿Φ母咝录夹g(shù)產(chǎn)業(yè)。但是，目前全球2萬(wàn)多種傳感器產(chǎn)品中，我國(guó)能生產(chǎn)的只有大約6000種，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需求。智能手機(jī)中，傳感器幾乎均為國(guó)外產(chǎn)品，每年我國(guó)各種中高端傳感器進(jìn)口占比高達(dá)80%，傳感器芯片進(jìn)口的占比甚至要達(dá)90%。我國(guó)傳感器技術(shù)與國(guó)外的差距究竟在哪里？如何才能打開(kāi)自己的一片天地？

傳感器國(guó)內(nèi)一般來(lái)說(shuō)都能制造，在一般的應(yīng)用上面也都適用，但是在高端應(yīng)用、精細(xì)應(yīng)用方面和國(guó)外有差距，這就要發(fā)揚(yáng)工匠精神趕超世界一流。

我們也有自己的優(yōu)勢(shì)領(lǐng)域，有一本最有名的科學(xué)手冊(cè)叫《LandoldtBoerstein》，這本科學(xué)手冊(cè)，到現(xiàn)在已經(jīng)有140年歷史了，它每隔10年到15年要修訂一次，我就是負(fù)責(zé)碲鎘汞材料修訂的作者負(fù)責(zé)人，因?yàn)樵谶@個(gè)領(lǐng)域，我國(guó)科學(xué)家做的工作國(guó)際上認(rèn)可，所以我們有這個(gè)資格來(lái)承擔(dān)這項(xiàng)工作。

發(fā)展傳感器，我國(guó)過(guò)去有一個(gè)弊端，就是買(mǎi)得到自己就不做了，但是紅外探測(cè)器高端的買(mǎi)不到，就只能自己做，我們反而做出來(lái)了。其實(shí)在有些核心的關(guān)鍵領(lǐng)域還是要自立自強(qiáng)。我們現(xiàn)在好多企業(yè)，在紅外傳感器方面，水平不斷地在提升。另外，要發(fā)展智能化，把芯片技術(shù)感受到的傳感信息，智能化地分析處理，這就是當(dāng)前傳感器發(fā)展的趨勢(shì)。

智能時(shí)代的“橋梁”

2019年4月15日，法國(guó)巴黎圣母院起火，考慮到空中投水可能造成建筑及文物損毀，法方派遣無(wú)人機(jī)捕獲實(shí)時(shí)圖像，為消防員實(shí)現(xiàn)精確定點(diǎn)撲救提供了重要支持。這其實(shí)得益于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及?；ヂ?lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)，一字之差，但兩者截然不同。如果說(shuō)，互聯(lián)網(wǎng)是人們用來(lái)進(jìn)行信息傳播和共享的平臺(tái)，那么，物聯(lián)網(wǎng)就是“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”，所不同的是，物聯(lián)網(wǎng)是通過(guò)傳感器、紅外等各種感知設(shè)備，將信息傳送到接收器，再通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視、自動(dòng)報(bào)警、控制、診斷和維護(hù)。如今，物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在智慧城市、智慧醫(yī)療、智慧農(nóng)業(yè)等眾多領(lǐng)域，而傳感器作為智能時(shí)代的“橋梁”，在各個(gè)領(lǐng)域智慧建設(shè)中已不可或缺。未來(lái)，傳感器在智慧城市、智慧醫(yī)療、智慧農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域還能起到怎樣的作用？

江蘇無(wú)錫有一家公司，在公司每個(gè)區(qū)域里所有的轉(zhuǎn)動(dòng)部分都安裝了傳感器，這樣在辦公室里可以監(jiān)控所有的電梯、馬達(dá)是否正常。如果哪個(gè)地方不正常，控制室就亮黃燈了，馬上就可以派人去修理。這就是智慧城市管理的一方面。

現(xiàn)在抑郁癥很多，還有一些小孩患抑郁癥，抑郁癥當(dāng)然有多種識(shí)別方法，也可以做成一個(gè)小的設(shè)備，定量分析患者的抑郁程度，這都是傳感器信息獲取分析的可能應(yīng)用。如果我們?nèi)梭w里面都有傳感器，比如口袋里放個(gè)心臟傳感器，心電圖隨時(shí)可以拿到，如果一個(gè)人心臟有點(diǎn)不舒服了，跟醫(yī)生打個(gè)電話，說(shuō)我現(xiàn)在心臟不舒服，或者發(fā)條微信給他，這個(gè)是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用；但如果這個(gè)傳感器的信號(hào)直接送到分析中心，分析中心就能夠根據(jù)GPS定位知道人在什么位置，馬上通知相關(guān)機(jī)構(gòu)采取措施，這就是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在人類(lèi)健康上面大有用處。

人類(lèi)現(xiàn)在要進(jìn)入智能時(shí)代，智能時(shí)代的最大特點(diǎn)就是智能化系統(tǒng)的運(yùn)用，智能化系統(tǒng)非常重要的核心就是傳感器，傳感器就是我們的敏感神經(jīng)。在智能時(shí)代的背景下，我們要努力打造敏感神經(jīng)，通過(guò)科技創(chuàng)新手段不斷提升信息傳感水平，不斷提升智慧分析水平，從而發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、智慧地球的事業(yè)，促進(jìn)數(shù)字經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型，最終提升人們的生活水平。

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審核編輯黃宇