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        大力發展智能傳感材料與器件

        智能傳感器件是信息時代的感知單元,可接收和處理海量數據并瞬時傳輸信息,在發展5G通信、人工智能、大數據、云計算、物聯網、先進機器人、無人駕駛、智能制造、智慧交通、智慧醫療以及促進經濟高質量躍遷和建設未來智能社會中擔當著重要角色。

        我國智能傳感器市場

        迎來快速增長爆發期

        在計算機與通信技術迅猛發展的初期階段,人們忽視了傳感技術,造成信息技術“大腦”發達,而“五官”遲鈍的窘境。進入新世紀后,隨著納米材料、MEMS等先進制造技術的成熟,發達國家紛紛加速智能傳感技術布局,確立傳感技術和產品向感、知、聯功能一體化的智能系統方向發展。在國家政策的支持下,我國現已初步形成傳感技術研發體系,建設了若干平臺,有1800多家傳感器企業、40家上市公司。但目前我國傳感材料與器件仍面臨關鍵技術缺失、創新能力不強、產品有效供給不足、國際競爭力薄弱等問題。例如,高端磁傳感器、醫用傳感器約90%以上依賴進口;新冠肺炎疫情期間,受到歐美流量、壓力等核心傳感部件供應不足的影響,我國呼吸機產量只有實際產能的1/3!犊萍既請蟆2018年4月25日曾指出,傳感器精確、穩定的嚴苛要求,阻擋了我國大部分企業向觸覺傳感器邁進的步伐。究其原因,一方面是日漸復雜的器件工藝讓中小型企業“望而生畏”;另一方面,缺乏自主知識產權是很難逾越的“攔路虎”,需要進行更多的探索與創新。

        當前,新技術革命和產業變革正蓄勢待發,學科領域交叉融合、互相滲透,智能傳感技術的發展進入了一個重要歷史階段,將有更多的新材料、新技術、新工藝、新軟件應用于無人駕駛用激光雷達、組合導航輪速計,智能手機用飛行時間傳感器、組合慣性傳感器,智慧農業用溫濕度傳感器,醫學檢驗檢測、器官芯片、可穿戴傳感器,以及航空航天、深空深海、高鐵、自主核電技術用的關鍵傳感模塊。

        ——中國工程院院士屠海令、有研科技集團有限公司高級工程師 趙鴻濱

        根據賽迪顧問數據,2019年全球傳感器市場規模達到1521億美元。中國傳感器市場規模2019年為2189億元,預計2022年將達3443億元。當前智能傳感器已成為傳感領域發展的重頭戲,根據中國信通院數據,2019年全球智能傳感器市場為378.5億美元,工信部提出2019年我國智能傳感器產業規模應到260億元。隨著新一代信息技術與智能制造工程項目的不斷落地,我國智能傳感器市場將會迎來快速增長的爆發期。

        繼續加強應用基礎研究

        大力突破關鍵核心技術

        “十四五”期間智能傳感材料與器件領域應堅持科技自立自強,以戰略性新興產業、國家重大工程、生命健康保障等需求為牽引,系統布局和實施國家重點研發計劃,抓住新的發展機遇,盡快占領高端產品市場,為此提出以下三方面建議。

        一是繼續加強應用基礎研究,建立學科交叉的智能傳感研發體系,全方位深化開放合作,通過顛覆性新技術引領創新發展。

        智能傳感材料制備、器件設計與研發的難度極大,算法軟件設計過程復雜,因此應用基礎研究十分重要。要特別關注二維材料、超材料、有機框架材料、柔性材料,特別是量子材料的研發,鼓勵對上述前沿材料基礎物理、化學性能的探索研究。最近,倫敦大學利用納米金剛石中氮空位缺陷的量子特性,制備出了體外診斷的超靈敏傳感器,可將HIV的診斷靈敏度提高98000倍。目前,該傳感器正在進行新冠病毒檢測試驗工作。未來,前沿材料可能在智能傳感技術創新中起到重要的變革性作用。

        智能傳感涉及材料、信息、能源、生物等領域,學科跨度廣、技術難度大。以生物醫用傳感技術為例,它融合了微電子技術與生物技術領域的多個小學科,對“精準診斷”、“個性化藥物監測與評價”等未來醫學發展方向具有重要影響。工業互聯網不但要求智能傳感器具有高靈敏、高穩定、低功耗、低成本特性和良好的魯棒性,還要求軟件用戶界面良好,進行數據智能分析、近傳感器和傳感器內計算,以降低時間延遲,并增強數據安全。此外,因智能傳感技術具有學科交叉的復雜性,未來需要加強標準制定、規范設計。建議設置先導科技項目,加強智能傳感前沿交叉領域部署;建立學科間合作平臺,促進多學科融合發展。同時,進一步加強政府間科技合作,通過國內外大學、企業等多渠道聯合研發顛覆性新材料、新軟件、新技術以及面向未來的智能傳感材料與器件,共同推動認識和感知創新,以更加開放的思維和舉措融入全球智能傳感器研發與產業化。

        二是加強國家戰略科技力量,發揮新型舉國體制優勢,下大力氣突破關鍵核心技術。

        目前,國內材料領域建有“智能傳感功能材料國家重點實驗室”,器件領域有“傳感技術聯合國家重點實驗室”“化學生物傳感與計量學國家重點實驗室”“國家智能傳感器創新中心”等,這些國家級平臺經過多年的建設,在各自領域均發揮了積極作用。建議進一步統籌規劃,集中力量攻克高端傳感材料與器件技術難題,建設若干開放共享的研發平臺,充分發揮國家戰略科技力量的作用,開展跨學科產學研用協同創新。在創新方面,需要重點突破硅基MEMS加工技術、MEMS與CMOS工藝集成技術、非硅模塊化集成技術、器件級、晶圓級MEMS封裝和系統級測試技術;要集中攻關智能傳感器可靠性設計與試驗、模擬仿真、信號處理、無線通信、電子自動化設計(EDA)工具、軟件算法等;要開發新型傳感材料,推進設計與制造工藝的深度結合,突破現有技術與知識產權壁壘,占領未來技術制高點。與此同時,要充分發揮“產學研用”相結合的優勢,開展以需求為導向、以市場為目標的顛覆性技術研發,啃核心技術“硬骨頭”,在智能傳感器領域實現科技自立自強。

        三是發揮市場機制作用,營造良好的產業發展生態環境,支持傳感領域中小型科創企業發展,補齊短板,拓展市場。

        智能傳感材料與器件的種類繁多,應用場景廣泛。因此,建議“十四五”期間,要充分發揮市場機制的作用,完善以中小型科創企業為主體的產業生態環境,設立為中小企業提供全面服務的政府部門,解決它們發展中面臨的問題,切實發揮中小型科創企業的市場主體作用。加快營造智能傳感材料與器件相關企業自主經營、公平競爭的市場環境,完善產業鏈、創新鏈、資金鏈。在京津冀、長三角、粵港澳等電子信息產業發達的區域培育一批智能傳感材料與器件的“高精特新”企業,促進智能傳感器產業集群發展。

        展望未來,相信我們有能力搶占智能傳感材料、器件、系統及應用的戰略制高點,實現智能傳感產業鏈、供應鏈的自主可控,為建設世界科技強國,推進經濟高質量發展奠定堅實的基礎。

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