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[导读]来自代尔夫特理工大学的一个研究小组成功地设计了世界上最精确的微芯片传感器之一;该装置可以在室温下运行。他们将纳米技术和机器学习与自然界的蜘蛛网结合起来,能够使纳米机械传感器在与日常噪音极端隔离的情况下振动。这一突破发表在《先进材料》的新星期刊上,对引力和暗物质的研究以及量子互联网、导航和传感领域有很大影响。

来自代尔夫特理工大学的一个研究小组成功地设计了世界上最精确的微芯片传感器之一;该装置可以在室温下运行。他们将纳米技术和机器学习与自然界的蜘蛛网结合起来,能够使纳米机械传感器在与日常噪音极端隔离的情况下振动。这一突破发表在《先进材料》的新星期刊上,对引力和暗物质的研究以及量子互联网、导航和传感领域有很大影响。

研究最小尺度的振动物体,如用于传感器或量子硬件的物体,最大的挑战之一是如何保持环境热噪声不与它们的脆弱状态发生作用。例如,量子硬件通常被保存在接近绝对零度(-273.15°C)的温度下,这种特种冰箱的价格为50万欧元一台。来自代尔夫特理工大学的研究人员创造了一种网状的微芯片传感器,在与室温噪声隔离的情况下能产生极好的共振,他们的发现将使建造量子设备的费用更加低廉。

基于这种新的设计,共同第一作者安德烈·库珀蒂诺(Andrea Cupertino)建造了一个微芯片传感器,该传感器带有一层超薄的、纳米级厚度的陶瓷材料--氮化硅。他们通过强行振动微芯片"网"并测量振动停止所需的时间来测试该模型。结果非常壮观:室温下的隔离振动打破了纪录,微芯片网的外面几乎没有能量损失:振动在内部一圈移动,不接触外面。这好比在秋千上给人推一把,就可以让他们不停地荡上近一个世纪。

不仅有“外患”,国内传感器的发展还存在“内忧”,国内的传感器生产还是以代工或研究国外为主,钻研传感器相关核心技术的企业少之又少,而且产品也比较集中在中、低端方面,以目前的工程工艺水平,要进入高端市场是比较困难的。

传感器是一种检测装置,需要做的工作就是感受“信息”,并将信息转换为电信号传输至芯片,让中枢的芯片做出相符的应对。这个信息可以是任何的初始形态,包括温度、压力、超声波等。比如我们用手机拍照的时候,光敏传感器会捕捉落进摄像头的光线,将它转换为电信号传输至中枢,经过一系列的图像处理之后呈现出我们看到的照片。

可以说,芯片的存在,让物体有了“智慧”,能够做出用户想要的反馈;而传感器的存在,则让物体有了“触觉”、“味觉”,让物体活了起来。随着新一轮科技革命和产业变革的蓬勃兴起,传感器正被广泛应用于各类智能终端、工业互联网、机器人、自动驾驶、生物医疗、5G等众多新兴领域,发展前景广阔。

据前瞻产业研究院发布报告显示,我国于2012~2020年迎来传感器技术和产业快速发展期。中国传感器市场规模在2019年已超2000亿元;预计2021年,中国传感器市场规模将达近3000亿元。

但与这个发展规模相对的,却是我国传感器的依赖国外进口度,达到了80%左右。尤其是汽车传感器、光线传感器、化学类气体传感器等,涵盖了日常、航天、科学多个领域,很容易像芯片一样陷入“受制于人”的窘境。

目前,我国的物联网连接已经具备了相当大的规模,互联网数据中心(IDC)预计,中国的物联网总连接量将在2025年达到102.7亿,占到除日本以外亚太地区总连接量的84%。

但与这个发展规模相对的,却是我国传感器的依赖国外进口度,达到了80%左右。尤其是汽车传感器、光线传感器、化学类气体传感器等等,涵盖了日常、航天、科学多个领域,这意味着我国物联网虽然比较发达,但是也很容易陷入“受制于人”的窘境。

不过,这也不能怪中国,主要是美、日、德三国抢占“高地”时间较早,目前占据了全球传感器约70%市场的份额,已经呈现出三足鼎立的垄断格局,我们想破局还需要时间的积累。

去年4月,美国商务部宣布对中国实施新的出口限制政策,中国用于发展武器、军用飞机或侦查技术的特殊传感器几乎被全面禁运。面对这样的恶意竞争,中国的传感器发展得非常坎坷,如果长久下去,连带着整个中国制造业都会被严重拖慢脚步。

不仅有“外患”,国内传感器的发展还存在“内忧”,国内的传感器生产还是以代工或研究国外为主,产品也比较集中于中、低端传感器,以目前的工程工艺水平,要介入高端市场还比较困难。

而且,根据2020年9月的《中国传感器(技术和产业)发展蓝皮书》,可以发现国内的传感器研究院所仅有17家,高等院校仅有35家;除了研发院,国内主传感器的上市公司利润率也普遍偏低,甚至偶尔出现负增长。

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