此前，德國傳感與測量技術協會（Association for Sensors and Measurement，AMA）聯合VDI/VDE 測量與自動化技術協會（VDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisierungstechnik），共同發布了《Sensor Trends 2030》（2030年傳感器技術趨勢）報告——與許多市場調研報告不同，這是一份由傳感及測量技術工程師專家撰寫的報告，將主要從技術及工程角度闡述未來的傳感器發展趨勢。 報告中，50 多位專家重點介紹了全球傳感器技術領域的最新創新和未來發展趨勢。他們分析了最新趨勢、關鍵進展以及行業為進一步推進產業轉型必須克服的挑戰。 這項研究的成果令人印象深刻地表明，傳感器技術已深度融入幾乎所有工業領域。從優化生產流程、提高能源效率到開發安全自主的系統，傳感器都是基于數據進行決策和創新的基礎。 除了技術發展之外，政治支持對于傳感器和測量技術的進一步發展也至關重要。政府資助項目和政策框架在營造有利于創新的環境方面發揮著重要作用。 報告中，給出了兩條傳感器屆的“摩爾定律”：傳感器年產量大約每五年翻一番，關于傳感器的科學出版物數量大約每四年翻一番。 這一趨勢主要受各行各業和技術領域對傳感器日益增長的需求所驅動，有趣的是，研究表明，當前出版物數量的指數級增長與相應的創新增長毫無關聯，而是由學術界日益增長的發表壓力所致。為了真正稱得上“傳感器”，必須徹底研究潛在干擾變量（選擇性）的影響以及傳感器特性的可重復性，不僅要考察靈敏度，還要考察足夠長的測量時間（長期穩定性）。 報告中，亦給出了未來5年（到2030年），傳感器技術發展的主要趨勢： 1、測量精度：持續提升，永無止境

本文及幾乎所有關于傳感器的報告都指出，第一個普遍趨勢是傳感和測量設備的精度和準確度不斷提高，這主要受到技術進步和新技術發展的雙重推動。

一些作者認為，這一趨勢貫穿了人類發展的始終，例如，在研究時間、長度或重量測量的發展歷程時，便可發現這一點。測量不確定度的改善速度與技術密切相關，時間測量的改善幅度可達 26%，而長度測量的改善幅度則在 6% 到 14% 之間。

測量不確定度的這一趨勢具有諸多意義，例如，它促進了小型化，而小型化正是過去幾十年計算能力呈指數級增長的關鍵原因之一。

此外，高頻電子器件和紅外器件之間的頻率技術差距不斷縮小，也是這一趨勢的根本原因。一方面，通信、雷達技術等的頻率不斷提高；另一方面，光學解決方案也能夠應對波長的增加。目前沒有任何跡象表明，這場追求更高精度的競賽會在可預見的未來結束。速率可能會發生變化，就像最近時間測量從微波時鐘轉向光驅動時鐘一樣，但終止是無法預見的。

2、小型化：進程仍在繼續，但勢頭減弱

精密技術和微電子技術的進步將使傳感器體積更小、效率更高、成本更低。但經濟因素和物理限制越來越頻繁地制約著傳感器的進一步小型化。因此，小型化進程雖然仍在繼續，但勢頭卻逐漸減弱。

與不斷縮小測量不確定度的趨勢相反，不斷縮小尺寸的趨勢卻存在著越來越明顯的局限性。因此，是否真的要將小型化列入發展趨勢清單，就留給讀者自行判斷了。

雖然有些傳感器會繼續縮小，但其他一些技術由于物理限制，已經或即將達到其合理的極限。例如，微電子技術受限于原子尺度，微流控技術受限于細胞尺寸（用于細胞分析）和低濃度（必須有足夠數量的分子才能滿足設定的定量精度），而光學技術則受限于衍射極限。后一個例子也出色地強調了“改變規則”可以突破既定的限制，例如，近場光學和受激發射損耗顯微鏡就突破了衍射極限。因此，必須以不同的視角來看待小型化趨勢。

另一個原因是，小型化往往伴隨著更高的信噪比或測量效果要求，以及更高的加工/制造成本（每次生產）。此外，還應提及的是，有時設備尺寸不再縮小，因為仍然需要人手操作，例如即時檢測解決方案。因此，基于上述所有原因，小型化越來越需要以市場需求為導向，這也引出了下一個主要趨勢。

3、應用范圍不斷擴大

在信息社會中，對信息的需求呈指數級增長。

第三個趨勢是傳感器的應用范圍和領域正在不斷擴大。這不僅在全球范圍內如此，而且在各種具體技術中也普遍存在。其原因可以從多個層面來解釋。

一方面，信息社會需要更多的信息輸入。另一方面，生活各個方面的自動化程度不斷提高，這就要求人們了解自身所處的環境，以便更好地控制環境并盡快做出適當的反應。圖 1.15 展示了傳感器如何成為此類控制電路不可或缺的一部分。

第二個原因可能在于德魯克（Drucker）早在 40 年前就闡述過的創新本質：為現有技術尋找創新應用比提出新的高科技要容易得多，風險也小得多。

這與經常需要保證在數年甚至數十年內（通常是在惡劣條件下）獲得足夠精確的測量結果的要求相符。這種對技術系統（以及傳感器）可靠性的極端要求，往往導致傳感器制造商采取非常保守的做法。

最后一個原因可能純粹出于經濟考量：企業以及學術研究團隊都試圖通過開拓新市場和開發新應用來拓展業務。

與其他傳感器趨勢研究不同，我們在此以一種非常抽象的方式描述這一趨勢，但需要指出的是，在其他地方也能找到更具體的應用，例如，MEMS 在游戲、醫療、智能紡織品等領域的應用趨勢。然而，由于應用范圍的拓展更多地受到經濟和社會趨勢的驅動，因此很難從技術角度進行預測。

4、傳感器系統取代傳感器

第四個趨勢是，傳感器系統將變得更加復雜。

要理解這一趨勢，首先需要回歸傳感器的基本概念：傳感器是一種能夠提供物體或過程及其環境狀態或屬性信息的裝置。信息的價值在于，它能夠幫助我們得出結論并采取相應的行動。

傳統意義上講，這意味著我們需要降低測量不確定性、提高選擇性、提高靈敏度并最大限度地減少干擾因素的影響。未來的傳感器將不再局限于只能讀取單個值的單一傳感器，而是會在硬件和運行過程中集成多個元件，從而實現多值讀取。

典型的例子包括自多合一（self-X）傳感器、智能傳感器和多傳感器系統。仔細觀察會發現，眾多因素相互作用，且這種相互作用越來越非線性。一旦相互作用的因素超過臨界值，這樣的系統就不能再被簡單地理解為一個復雜的系統，其行為會變得極其復雜，因此需要新的方法來處理。這種由越來越多具有極其復雜內部結構的因素相互作用的趨勢，也可以在制造趨勢中看到，例如不同類型的集成，如片上系統（SoC）。

因此，復雜系統的趨勢幾乎存在于傳感器的各個層面，包括系統設計、傳感器相互作用、運行、信號處理和制造。

5、專為決策而設計的傳感器 做出決策而不僅是測量一個參數，這一趨勢的一個顯著特點是，越來越多的案例表明，信息不再通過高質量的物理或化學數值來傳遞，而是通過定性或定量的輸出結果（例如“合格/不合格”或“高/中/低”）來傳遞，這些結果更側重于對測量結果的反應，而非單一參數的數值。 在醫學領域，使用替代參數來制定治療決策是一種常見的做法，而基于人工智能的數據評估很可能也能實現這一點。 此外，并非所有決策都需要高質量的測量結果。最后，借助統計學，對許多低/中等結果的評估也能得出高質量的結論。使用最初并非為此目的而設計的多個傳感器，仍然能夠做出正確的決策，這表明獲得結果的方式可能會變得更加復雜，并且可能與過去的方式有所不同。這一趨勢之所以可行，主要有三個原因：制造技術的改進（例如，片上系統）、計算能力的提升以及傳感器和換能器價格的下降，使得使用多個傳感元件成為可能。 6、成本下降和能源消耗減少

之所以將這兩個趨勢放在一起討論，是因為只有在比較性能完全相同的傳感器時，這兩個趨勢才能顯現出來。當比較處于最先進水平的傳感器時，這些趨勢就不那么明顯了。顯而易見，能源消耗和價格都在上漲。

7、可持續性

必須指出的是，還有一些發展并非僅限于傳感器本身。

例如，降低環境影響，比如從電子產品中去除鉛，以及最近開始消除全氟和多氟烷基物質（PFAS）。

可回收性要求可能會提高，并會涌現出更多可持續性方面的要求。類似的發展趨勢是接口標準化，從而大大簡化了傳感器的集成。

8、滿足各種需求的解決方案

最后需要指出的是，還有一些傳感器發展趨勢存在分歧。

例如，邊緣計算和云計算的應用就是此類發展趨勢的體現。

此外，最新的傳感器趨勢報告顯示，“低成本/中等性能”傳感器的應用日益廣泛，而“高成本/高性能”傳感器則主要用于非大眾應用。這些截然相反的發展趨勢表明，我們需要開發專用傳感器，以便針對當前挑戰選擇最合適的傳感器解決方案。這就要求我們對現有解決方案有全面的了解，并深入了解應用需求。未來，最佳解決方案很可能在越來越多的情況下不再是顯而易見或最簡單的方案。

傳感器的高可靠性和低測量不確定度推動了技術的持續進步，而非顛覆性發展。

鑒于上述趨勢大多反映的是連續性的變化，讀者可能會問，未來還會出現哪些意想不到的變革？

我們必須承認，突發性變化要么源于展現全新方法的創新發明，例如 DNA納米孔測序或新型氣體傳感材料；要么源于技術的緩慢而穩步發展，直至達到可廣泛應用的程度，例如人工智能，這得益于計算能力的提升和數據的可用性。

我們邀請感興趣的讀者對這些所謂的顛覆性創新進行可視化分析。在大多數情況下，我們確實會發現，在線性尺度上，以及在對數尺度上，都存在某種階躍函數（新傳感器解決方案的市場推廣）。

因此，后期的趨勢是可以預測的，但它們何時會爆發往往難以預料，因為臨界點并不明確。人工智能和 3D 打?。▋H舉兩例）在成為超級趨勢之前，都經歷了長達數十年的發展歷程。

結語：傳感器技術是未來創新能力的關鍵

到 2030 年，傳感器技術不僅將經歷技術革新，其在工業領域中的角色也將發生深刻的轉變。傳感器將從簡單的測量值提供者發展成為智能化、網絡化和決策支持系統，并日益實現自主運行 。這些趨勢——更高精度、小型化、智能傳感器系統、基于傳感器的決策輔助工具、新型傳感器技術和可持續性等——并非遙不可及的未來愿景，而是當今時代已然成為現實。

能夠認識到這些發展趨勢并將其融入自身技術和產品戰略的公司將獲得決定性優勢。 在日益網絡化和自動化的世界中，精準、自適應且可靠的傳感器系統是提高效率、保障安全和加快創新速度的先決條件。

不僅要能夠收集數據，還要能夠結合具體情況評估數據并將其轉化為可操作的信息 ——無論是在預測性維護、質量控制還是流程優化方面——這一點至關重要。傳感器在工業 4.0、智能制造、自動駕駛和數字醫療技術等關鍵技術領域發揮著核心作用。

可持續性也正成為一項戰略要素：企業越來越受到對其技術資源利用效率和未來適應性的考量。節能、耐用且可回收的傳感器解決方案不僅滿足監管要求，還能改善整個系統的整體生態平衡。

現在的挑戰在于如何從這些趨勢中提煉出具體的行動方向。這包括選擇合適的傳感器平臺、開發可升級的模塊化系統、集成智能接口以及建立基于傳感器信息的數據驅動型服務。

今天就開始調整傳感器戰略以適應未來需求——重點關注精度、智能、可持續性和系統集成——的企業，不僅能夠確保自身的技術競爭力，還能獲得長期的創新實力和客戶利益。

審核編輯 黃宇