尤政,國家卓越工程師團隊帶頭人、中國工程院院士,現任華中科技大學校長,兼任中國科協副主席、教育部科技委常務副主任、中國儀器儀表學會理事長等職務。主要學術方向為智能微系統技術及其應用研究。在我國率先開展了微機電系統(MEMS)、智能微系統技術、微納航天器的技術創新及其工程實踐。作為總負責人主持設計、建造和在軌運行“TH-1”“NS-1”“NS-2”“NS-3”等多顆微納衛星。先后獲得國家技術發明獎二等獎3項、國家科學技術進步獎二等獎2項。
從茫茫星空,到浩瀚海洋,再到廣袤大地,作為信息獲取的源頭,傳感器是物理世界與數字世界連接的橋梁,已經成為信息化社會最為重要的基石之一。傳感器主要功能是將各種物理量、化學量或生物特征等待感知量轉換為可檢測與數字化的電信號,是我們感知世界的首要工具。傳感器在科學研究、工業生產、國防安全、醫療健康等現代社會的方方面面扮演著至關重要的角色,發揮著不可或缺的關鍵作用。當前,傳感器已經從早期由敏感元件與處理電路構成的分立式裝置,演變成集信息獲取、處理、傳輸、供電等功能于一身的智能傳感微系統,也就是我們常說的高端傳感器,其數字化、微型化、智能化的特色十分突出。然而,也正是由于高端傳感器的高精尖屬性,它又成為我們目前面臨的一項核心“卡脖子”技術。
高端傳感器是一項至關重要的“卡脖子”技術
那么,為什么高端傳感器是一項至關重要的“卡脖子”技術?高端傳感器究竟能帶給我們什么?我國距離傳感器強國還有多遠?
首先,傳感器的特點十分鮮明:一是傳感器涉及很多新原理、新材料、新器件,所以它和很多基礎科學、基礎技術的創新關聯十分密切。而且傳感器又是直接應用于整機設備,或服務于終端用戶,與各行各業、各個領域的關聯同樣緊密,如集成電路(IC)裝備中的許多高端傳感器就被列為關鍵核心技術。二是傳感器往往匯集了物理、化學、電子、機械、設計、制造、測試等各個學科領域的前沿尖端技術,學科交叉融合的特點十分明顯;同時傳感器產業的投入也非常大,高端傳感器的敏感結構基本都是采用MEMS(微機電系統)制造技術,高端傳感器的技術、資金雙密集特點尤為突出。三是由于傳感器的應用十分廣泛,使得傳感器的技術門類十分龐雜,相應的產品、產業分布非常廣,比如僅僅一個壓力傳感器在水利水電、交通運輸、工業生產、自動控制、航空航天、電力電子、石油、化工、勘探等眾多行業就有上千種方案,且每一種解決方案都有其特殊要求。
其次,傳感器在工業技術體系中的定位是“基礎零部件和元器件”,因為傳感器是信息獲取的源頭,是物理世界與數字世界的接口,其重要意義體現在:它是“工業基石”,是各類現代工業賴以生存和發展的基礎;它又是“性能關鍵”,直接決定重大裝備和整機產品的性能和質量。正是由于傳感器的基礎性與關鍵性,又造成了瓶頸問題與依賴性:即高度依賴外國技術或產品,對我國產業造成嚴重影響,甚至威脅到國家安全和戰略利益。高端傳感器這樣一個對我國關鍵產業、經濟發展與國防安全至關重要,但又存在重大技術瓶頸或依賴進口的技術,已經成為“卡脖子”技術,亟待攻克。
高端傳感器究竟能帶給我們什么
在科技前沿創新中,傳感器是“先行官”??v觀科技發展史,歷次世界科學中心的形成都得益于核心傳感器技術突破以及以此為基礎的重要科學儀器的誕生。有統計表明,在諾貝爾獎的獲獎名單中,72%的物理學獎、81%的化學獎、95%的生理學或醫學獎都是借助于尖端傳感器與儀器完成的,且已有38項、60余人次由于發明了新原理的科學儀器而直接獲獎。而科學儀器對事物進行檢測表征,獲得科學數據的關鍵就是高端傳感器:比如X射線衍射儀、X射線斷層掃描儀、超分辨率熒光顯微鏡、電子顯微鏡等儀器中的光電探測器、電子探測器、溫度傳感器,質譜儀、掃描隧道顯微鏡中的位移傳感器、力傳感器等等。而現代科學儀器中,高端傳感器是決定性的,直接代表了分析、檢測和表征的水平。
在國民經濟主戰場,傳感器是“倍增器”。傳感器的應用領域非常廣泛,幾乎滲透到社會生產生活的各個層面。例如:在僅有通訊功能的傳統手機,集成了大量傳感器:圖像傳感器、陀螺儀、加速度計、距離傳感器、環境光傳感器、磁強計、電容傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、氣壓傳感器……,使得傳統手機搖身一變成了智能終端,手機的功能、性能都增強了很多,特別是與人的互動能力大大提升,手機行業的發展不僅得到“倍增”,而且進入了全新的時代。