未來(lái)中國(guó)最需要發(fā)展的科技是什么？

是芯片還是5G技術(shù)？

它們可能都有，但是這些重要的技術(shù)都離不開(kāi)一件不起眼的設(shè)備：傳感器。

日本在上世紀(jì)就將它列為十大科技之首，他們的工商界給出評(píng)價(jià)：誰(shuí)支配了傳感器，誰(shuí)就能支配了新時(shí)代。

中國(guó)、美國(guó)、德國(guó)等世界將傳感器列為未來(lái)重大科技項(xiàng)目，拼命想要在傳感器上實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破，足以說(shuō)明它的重要性。

很多人可能很好奇?zhèn)鞲衅鞯降资鞘裁?，為什么一件普通人都很陌生的設(shè)備，會(huì)被全世界大國(guó)如此重視呢。

今天我們簡(jiǎn)單科普一下傳感器技術(shù)，以及它是如何改變世界的。詳情見(jiàn)下文。

傳感器是何方神圣？

為了方便理解，我先科普一下傳感器的概念。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)傳感器可以從它的字面意義來(lái)理解，就是一種感應(yīng)和轉(zhuǎn)化的設(shè)備，它能檢測(cè)到溫度、聲音、光線(xiàn)等信息，然后將它們轉(zhuǎn)化為機(jī)器上面的電流、電壓（等電信號(hào)）等，有了它，人類(lèi)生產(chǎn)出來(lái)的機(jī)器才能實(shí)現(xiàn)智能化。

我們舉個(gè)例子：手機(jī)有很多功能，它可以拍照、打電話(huà)、玩游戲，對(duì)吧？

那這些功能是怎么實(shí)現(xiàn)呢？其實(shí)就是傳感器檢測(cè)到手機(jī)外面的一些信息，然后把它們轉(zhuǎn)化成電流，這樣我們?nèi)祟?lèi)才能操控手機(jī)。

比如說(shuō)拍照的時(shí)候，就是鏡頭捕捉到物體的光線(xiàn)，然后把它傳到圖像傳感器上，傳感器檢測(cè)到對(duì)應(yīng)的光線(xiàn)，然后將它轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，再經(jīng)過(guò)處理和顯示，這就變成我們手機(jī)上看到的照片。

所以圖像傳感器就相當(dāng)于手機(jī)的眼睛，是拍攝的核心部件。

手機(jī)上還有不同的傳感器，它們可以把聲音、壓力等信息轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，就實(shí)現(xiàn)了通話(huà)、指紋解鎖等功能，如果說(shuō)芯片是手機(jī)的大腦，那么傳感器和網(wǎng)絡(luò)就是手機(jī)的五官和神經(jīng)，一個(gè)用來(lái)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，一個(gè)用來(lái)傳輸信息。

如果說(shuō)沒(méi)有傳感器，現(xiàn)在的智能手機(jī)連大哥大都不是。

所以，傳感器和計(jì)算機(jī)、通信技術(shù)成為現(xiàn)代信息技術(shù)的三大基礎(chǔ)，而且傳感器在未來(lái)的地位會(huì)逐漸超過(guò)其他兩個(gè)，被專(zhuān)家認(rèn)為是物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)，將改變現(xiàn)在和未來(lái)的世界。

這句話(huà)是不是夸張呢？它又是如何改變世界的？

中國(guó)古代的傳感器

這，還要從中國(guó)古代說(shuō)起，大家都知道中國(guó)很早就發(fā)明了指南針，那時(shí)候還叫做司南，它其實(shí)就是一種傳感器，指針可以感應(yīng)地球的磁場(chǎng)，然后指明方向，指南針后來(lái)傳入歐洲，并且促成了歐洲大海航時(shí)代，加快了整個(gè)世界的融合。

說(shuō)它改變世界進(jìn)程，其實(shí)并不為過(guò)吧？

類(lèi)似指南針的傳感器還有地動(dòng)儀、日冕儀、溫度計(jì)等，這些發(fā)明也都在某種程度上改變?nèi)祟?lèi)的生活，也就是說(shuō)傳感器從很早之前，就是已經(jīng)在影響世界了。

但這個(gè)還不能說(shuō)明傳感器的重要性，因?yàn)楫?dāng)時(shí)并沒(méi)有傳感器的概念，而是作為整體呈現(xiàn)給大家。

傳感器真正獨(dú)立存在，并且展現(xiàn)出它的作用還要從20世紀(jì)中期開(kāi)始算，而且每一次技術(shù)更新迭代，傳感器作用就變得越來(lái)越重要。

傳感器技術(shù)迭代

第一代傳感器是：結(jié)構(gòu)傳感器，誕生于20世紀(jì)50年代，是第一次工業(yè)批量生產(chǎn)的傳感器，比較典型的代表是：電阻式傳感器，它90%都用稱(chēng)重上面，大概長(zhǎng)這樣（如下圖）。

像體重計(jì)就是稱(chēng)重的一種，我們?nèi)苏旧先サ臅r(shí)候，指針會(huì)發(fā)現(xiàn)變化或者顯示一個(gè)體重。

它的原理也很簡(jiǎn)單，這中間是金屬材料做的，可以導(dǎo)電，我們?nèi)苏旧先?，這個(gè)金屬就會(huì)發(fā)生形狀變化，形狀變化又會(huì)引起電阻和電流的變化，這樣指針或者數(shù)字就會(huì)發(fā)生變化。

基本每個(gè)寶寶剛出生都需要先稱(chēng)量體重，可以說(shuō)是人類(lèi)第一個(gè)接觸的電子產(chǎn)品就是這個(gè)了，說(shuō)它影響我們每個(gè)人，沒(méi)毛病吧？

當(dāng)然這個(gè)時(shí)期的傳感器比較粗糙的，作用也有限，后來(lái)有些頭腦比較聰明的人就想：這些金屬能不能換成其他的東西，比如說(shuō)對(duì)光比較敏感的材料，是不是可以把轉(zhuǎn)化成做成電信號(hào)？

答案是當(dāng)然可以了，我們上面說(shuō)的圖像傳感器的核心元件就是光敏傳感器，于是在上世紀(jì)70年代的時(shí)候，物理傳感器就誕生了。

那么既然物理傳感器可以把碰不到、摸不著的光轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，那么有溫度的熱量可以轉(zhuǎn)化成電信號(hào)嗎？如果熱量也可以，那么聲音、磁場(chǎng)等其他物理特性可以轉(zhuǎn)化成電信號(hào)嗎？

答案也是可以的，所以傳感器的材料從金屬發(fā)展到半導(dǎo)體、電介質(zhì) 、磁性材料等等各種固體材料，，它的結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，主要是敏感元件和轉(zhuǎn)換元件，顧名思義，敏感元件就是用來(lái)感應(yīng)（檢測(cè)）外界的信息，轉(zhuǎn)化就是將感應(yīng)到的信息轉(zhuǎn)化成電信號(hào)。

第二代傳感器就比第一代豐富得多，不僅種類(lèi)多，而且功能也越來(lái)越多，像我們生活中常見(jiàn)的開(kāi)關(guān)，以前只有手動(dòng)的，現(xiàn)在有聲音感應(yīng)的、感光的，還有觸屏的，用的都是不同的傳感器，還有軍事領(lǐng)域的雷達(dá)也是，有紅外線(xiàn)傳感器、毫米波雷達(dá)，紅外線(xiàn)雷達(dá)等等，也是不同的傳感器。

這些傳感器又做成了各種各樣的檢測(cè)設(shè)備，傳感器也開(kāi)始進(jìn)入人類(lèi)各個(gè)領(lǐng)域，這個(gè)時(shí)候產(chǎn)業(yè)界已經(jīng)認(rèn)為沒(méi)有傳感器檢測(cè)各種信息，,那么現(xiàn)代科學(xué)技術(shù),就不能得到發(fā)展。

但是這還沒(méi)完，人類(lèi)對(duì)科技的追求是無(wú)止境的，各種設(shè)備的功能不斷增加，對(duì)傳感器的需求也越來(lái)越多，一個(gè)設(shè)備里面可能要求有多種功能，這個(gè)時(shí)候可能一臺(tái)設(shè)備就需要安裝多種傳感器。

比較典型的就是屏幕，以前屏幕只要可以觸摸或者滑動(dòng)就可以操控手機(jī)等設(shè)備，現(xiàn)在屏幕還需要指紋解鎖等功能。

但是呢，要滿(mǎn)足這么多功能，就遇到了一個(gè)致命的問(wèn)題：體積太小的設(shè)備安裝不了很多傳感器。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，人們就想了個(gè)辦法，能不能把多種傳感器重組下來(lái)，集成到同一個(gè)傳感器里面?于是集成傳感器就誕生了，人們把很多個(gè)傳感器組合在一起或者把傳感器和其他元件組合在一起。

比較常見(jiàn)的手機(jī)指紋傳感器，它是由光、壓力、溫度等等多種傳感器集成的。

但是這依舊沒(méi)完，后來(lái)人們就思考，既然傳感器可以和傳感器組合，那么傳感器能不能和其他高科技結(jié)合一下，讓傳感器性能變得更加優(yōu)秀一點(diǎn)？

答案也是可以的，于是集成傳感器芯片也出現(xiàn)了，它將傳感器與小型的芯片等元件組合在一起，這樣傳感器不僅能感應(yīng)和轉(zhuǎn)化信號(hào)，而且還能處理信號(hào)，性能得到提升，這就是第三代智能傳感器的前身。

可以說(shuō)集成傳感器的出現(xiàn)，把傳感器推向了新的高度。

這個(gè)時(shí)候的傳感器到底有多重要，普通人很難看懂，但是舉個(gè)例子大家就知道了。

一臺(tái)手機(jī)至少有十幾個(gè)傳感器，一輛高檔轎車(chē)有200多個(gè)傳感器、一輛飛機(jī)有1000多個(gè)傳感器、而我們常見(jiàn)的高鐵的傳感器竟然可以達(dá)到5000多個(gè)。

傳感器隱藏在每一個(gè)設(shè)備里面，沒(méi)有它，不管是高鐵還是飛機(jī)，甚至宇宙空間站都得歇菜，

美國(guó)著名雜志《福布斯》做過(guò)評(píng)選，他們列出改變世界和人們生活的10大科技產(chǎn)品，而傳感器列排在首位。

這才有了開(kāi)頭的日本商業(yè)界那句話(huà)：誰(shuí)支配了傳感器、誰(shuí)就支配了新時(shí)代。

但是你以為傳感器的輝煌就到此為止了嗎？那你就太小看它了。

傳感器的逆襲從未停止，集成傳感器是硬件性能的巔峰，但是有些專(zhuān)家還不滿(mǎn)足，就在思考既然傳感器能集成硬件，那么能不能將軟件技術(shù)也組合進(jìn)來(lái)？進(jìn)一步提升再次傳感器的性能？

答案依舊是可以，這就是第三代傳感器：智能傳感器，它集合了軟硬件的優(yōu)勢(shì)，將傳感器的性能再提升一個(gè)檔次。

如果說(shuō)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，傳感器與芯片的地位并駕齊驅(qū)，那么在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，專(zhuān)家將傳感器的地位再次提高，排在芯片的前面。

2018年美國(guó)麻省理工大學(xué)在評(píng)選全球突破性技術(shù)時(shí)，將“智慧傳感城市” 列為十大最具代表性的技術(shù)之一，

說(shuō)起“智慧城市”，你知道未來(lái)十年，它將消耗多少個(gè)傳感器嗎？答案是：400億個(gè)，是不是超出大家的想象？

其實(shí)傳感城市還不是傳感器的終極應(yīng)用，萬(wàn)物互聯(lián)才是，專(zhuān)家一致將智能傳感器看做互聯(lián)的基石，

想要互聯(lián)就需要網(wǎng)絡(luò)的世界與現(xiàn)實(shí)世界實(shí)現(xiàn)連接，而傳感器就是連接的橋梁，這也是我們普通人的一個(gè)機(jī)會(huì)，誰(shuí)支配了傳感器，誰(shuí)就支配了未來(lái)。

結(jié)語(yǔ)

先進(jìn)制造業(yè)、智慧城市、智能醫(yī)療，甚至是最近的元宇宙，傳感器都是不可或缺的基石。

我國(guó)傳感器技術(shù)目前處于什么水平？

一個(gè)業(yè)內(nèi)人士公認(rèn)的數(shù)據(jù)是：中國(guó)中高端傳感器進(jìn)口占比達(dá)80%，傳感器芯片進(jìn)口更是達(dá)90%。

傳感器雖然重要，但限于國(guó)家的財(cái)力、在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位、傳感器本身存在的問(wèn)題，傳感器未能單獨(dú)立項(xiàng)成為“國(guó)家級(jí)項(xiàng)目”優(yōu)先發(fā)展。

革命尚未成功，同志仍需努力。

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審核編輯 黃宇