專家檔案

褚君浩，中國科學院院士。中國科學院上海技術物理研究所研究員，復旦大學材料科學系教授，《紅外與毫米波學報》主編，中科院學部主席團成員。褚君浩院士長期從事紅外光電子和半導體物理研究。獲得國家自然科學獎三次、部委級自然科學獎或科技進步獎12次。2005年當選為中國科學院院士。

智能時代，傳感器無處不在。傳感器與計算機、通信被稱為信息系統的三大支柱，成為衡量一個國家科技水平以及是否處在國際戰略競爭制高點的一個重要標志。各種機器設備中的傳感器就相當于人類的五官和神經系統，它們讓機器能聽、能聞、能看，從而更好地感知、學習和進化，為我們提供高精度、智能化的服務。傳感器家族有哪些成員？它們能為我們提供怎樣的服務？高性能傳感器的市場長期被美國、日本、德國的企業占據，我國科學家如何才能在這一領域拼出一席之地？

簡單來說，傳感器就是用材料經過一定的設計，做成的一個器件，取代耳朵、鼻子、舌頭、眼睛、皮膚的功能。它能夠看得見、聽得見，能夠聞得出味道，能夠感知到。它可以比人類的功能更強大，所以傳感器要具有高性能。傳感器具有的高性能，一般要超過人類的五官，能夠聽得到很遠的聲音，能夠看得見紅外光。

日常生活當中傳感器非常多，最敏感的一個傳感器大家可能沒注意：你把手機靠近耳朵的時候，手機的屏幕就暗了，所以隨便怎么碰耳朵，照樣可以打電話，這就是手機傳感器在起作用。手機里面傳感器最多，而且都很小、很靈敏。現在傳感器的發展趨勢就是高精度、高靈敏、高速響應、高穩定性、高可靠性、微型化、柔性化、多功能集成化、數字化、智能化、無線通信化，另外還要綠色環保。

沒有傳感器就無法數字化

2019年，嫦娥四號探測器成功著陸在月球背面。嫦娥四號搭載了多種科學探測儀器，可以探測月球表面的地形地貌、月表物質的成分和月球表層的結構。嫦娥四號的著陸器上還安裝了4個與月壤直接接觸的溫度計，可每900秒測量一次月壤的溫度，這也是人類首次實現在月球背面對月壤溫度進行原位測量。

我們進入了一個智能化的時代，上至宇宙探索，下至日常生活，數字技術已經滲透到方方面面，農業測產、荒野探礦、太空探月都離不開傳感器，傳感器信息采集功能的重要性也因此越來越凸顯。物聯天下，傳感先行，無論是“大數據”“人工智能”，還是“物聯網”，其最重要的“基石”就是傳感器技術。那么，傳感器技術怎樣進行數據的采集、存儲、計算？

智能時代的最大特點就是智能化系統的運用。智能化系統有三大支柱：動態感知、智慧識別、自動反應控制。比如機器人能夠把乒乓球打到，首先是動態感知，看到這個球怎么過來；其次要分析這個球會從哪里進來，這是智慧分析；然后它采取措施，打到這個球。智能化系統最后的出路就是推動人工智能、智慧地球、數字城市的建設。這個系統最大的核心就是數字化，因為只有數字化才能定量化、精準化、規律化、智慧化，最后促進數字經濟的發展。

數字經濟的“數字”從哪里來？就是靠傳感器來的，所以傳感器是大數據的源頭。數據有兩類：一類是文本大數據，另一類是物理大數據。物理大數據是靠傳感器實時獲得的，這類數據好多都是聲、光等類型的，它們屬于一個波動世界。這個波動世界里面的數據量特別大，一個波有振幅、有位相、有頻率，還有偏振等等，再加上時間、空間等海量的大數據，就可以告訴我們好多信息，然后對這些信息進行分析。

傳感器和物聯網是智慧地球、智慧城市兩個核心技術。智慧分析就是從大數據分析出一些我們所需要的信息。現在浙江省義烏市有一座大橋里面安裝了好多傳感器，通過傳感器看它里面振動的應力波形，不同的車輛開過去波形都會有變化。如果有一天發現應力情況異常，就會報警。

傳感器是支撐智能化最重要的“一條腿”。無線通信接收信號要靠傳感器，通信衛星主要就是發射和接收，接收需要傳感器，沒有傳感器，通信就中斷了，后面的智能化更無法實現。可以說沒有傳感器，就沒有智能時代；沒有傳感器，也沒有信息化時代。

我國傳感器技術與國外的差距及優勢

一部智能手機中有20多個傳感器，一部汽車更是有多達上百個各類傳感器。無處不在的傳感器，已經成為全世界最具發展潛力的高新技術產業。但是，目前全球2萬多種傳感器產品中，我國能生產的只有大約6000種，遠遠不能滿足國內市場的需求。智能手機中，傳感器幾乎均為國外產品，每年我國各種中高端傳感器進口占比高達80%，傳感器芯片進口的占比甚至要達90%。我國傳感器技術與國外的差距究竟在哪里？如何才能打開自己的一片天地？

傳感器國內一般來說都能制造，在一般的應用上面也都適用，但是在高端應用、精細應用方面和國外有差距，這就要發揚工匠精神趕超世界一流。

我們也有自己的優勢領域，有一本最有名的科學手冊叫《LandoldtBoerstein》，這本科學手冊，到現在已經有140年歷史了，它每隔10年到15年要修訂一次，我就是負責碲鎘汞材料修訂的作者負責人，因為在這個領域，我國科學家做的工作國際上認可，所以我們有這個資格來承擔這項工作。

發展傳感器，我國過去有一個弊端，就是買得到自己就不做了，但是紅外探測器高端的買不到，就只能自己做，我們反而做出來了。其實在有些核心的關鍵領域還是要自立自強。我們現在好多企業，在紅外傳感器方面，水平不斷地在提升。另外，要發展智能化，把芯片技術感受到的傳感信息，智能化地分析處理，這就是當前傳感器發展的趨勢。

智能時代的“橋梁”

2019年4月15日，法國巴黎圣母院起火，考慮到空中投水可能造成建筑及文物損毀，法方派遣無人機捕獲實時圖像，為消防員實現精確定點撲救提供了重要支持。這其實得益于物聯網技術的普及。互聯網、物聯網，一字之差，但兩者截然不同。如果說，互聯網是人們用來進行信息傳播和共享的平臺，那么，物聯網就是“物物相連的互聯網”，所不同的是，物聯網是通過傳感器、紅外等各種感知設備，將信息傳送到接收器，再通過互聯網實現遠程監視、自動報警、控制、診斷和維護。如今，物聯網已經廣泛應用在智慧城市、智慧醫療、智慧農業等眾多領域，而傳感器作為智能時代的“橋梁”，在各個領域智慧建設中已不可或缺。未來，傳感器在智慧城市、智慧醫療、智慧農業等領域還能起到怎樣的作用？

江蘇無錫有一家公司，在公司每個區域里所有的轉動部分都安裝了傳感器，這樣在辦公室里可以監控所有的電梯、馬達是否正常。如果哪個地方不正常，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。

現在抑郁癥很多，還有一些小孩患抑郁癥，抑郁癥當然有多種識別方法，也可以做成一個小的設備，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用。如果我們人體里面都有傳感器，比如口袋里放個心臟傳感器，心電圖隨時可以拿到，如果一個人心臟有點不舒服了，跟醫生打個電話，說我現在心臟不舒服，或者發條微信給他，這個是互聯網技術的應用；但如果這個傳感器的信號直接送到分析中心，分析中心就能夠根據GPS定位知道人在什么位置，馬上通知相關機構采取措施，這就是物聯網技術應用。物聯網技術在人類健康上面大有用處。

人類現在要進入智能時代，智能時代的最大特點就是智能化系統的運用，智能化系統非常重要的核心就是傳感器，傳感器就是我們的敏感神經。在智能時代的背景下，我們要努力打造敏感神經，通過科技創新手段不斷提升信息傳感水平，不斷提升智慧分析水平，從而發展物聯網、人工智能、智慧地球的事業，促進數字經濟的發展和城市數字化轉型，最終提升人們的生活水平。

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審核編輯黃宇