原创 中国工程院院士：传感器，亟待攻克的关键“卡脖子”技术

本视频来自凤凰卫视《世纪大讲堂》，演讲人是中国工程院院士、中国仪器仪表学会理事长尤政院士，主题是《传感器：亟待攻克的关键“卡脖子”技术》。

尤政院士是中国传感器与微米纳米技术著名专家，本视频基于其深厚的专业素养，同时深入浅出，向我国大众科普传感器知识，提到中国传感器产业一些比较尖锐的问题，向许多甚少了解我国科技发展情况的朋友，阐述了我国传感器产业面临的情况。强烈推荐！

专家档案

尤政 ，中国工程院院士，华中科技大学校长，中国仪器仪表学会第十届理事长，中国微米纳米技术学会理事长，主要研究方向为微米纳米技术、智能微系统技术及其应用。

凤凰卫视

《世纪大讲堂》

尤政《传感器：亟待攻克的关键“卡脖子”技术》

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视频文稿：

大家好，非常高兴能和大家一起聊一聊。传感器这个名词可能太学术了一点。我首先从传感器在我们生活中的作用来进行谈起，刚才主持人也讲了这些传感器会在我们的生活中有什么作用。

第一个就是我刚才讲的，我们经常用到的交通工具汽车，一个普通的汽车大概用了 100 多个传感器，从我们发动机的燃烧过程到我们动力的驱动的过程，以及到我们安全驾驶等方方面面。

大家关心的我们未来的智能汽车，所谓的智能汽车就是我们要有一个驾驶仪替代人来进行驾驶，而替代人实际上需要我们的传感器，比如我们的视觉系统，我们对周围的环境要进行识别，我们还有主动的激光雷达，能够主动的发现目标，使我们的车能够做出相应的判断。

同时我们也希望我们的车速，我们的这些控制能够赶上我们交通的节拍，能够不受到红绿灯的限制，能够顺利的通行。这些都需要很多的高端的传感器来支撑我们的汽车的运营，这些都是出行所需要的。

实际上我们居家，实际上也对我们的传感器提出了很多的要求。大家也知道医疗仪器，实际上通过医疗仪器中间的传感器能够感知我们人体的一些参数，通过这些参数来进行判断，你得了什么病，再去开什么药，或者做什么样的一个手术。

传统的这些传感器和仪器都比较大，所以如果我们生了病以后，我们可能需要自己拖着已经得病的身体去找这些仪器，比如我们的 x 光，我们的 b 超或者核磁共振仪器，所以确实非常的困难。

在国外一些已经有了便携式的仪器，我们很多医疗仪器、传感器都已经小型化了，集成化了。所以如果你得了病以后，人可以不动，仪器一个一个来找你，这样子就减少了我们病者的很多的痛苦。

当然这也是一个阶段，下一个阶段是什么？下个阶段我们不光要有病了治病，而且要防病，所以我们就通过穿戴式的这些设备，把很多的传感器能够和你平常生活的腰带、手套这些手腕能相结合。当你身体出现异常的时候，它这些传感器就可以发出信号。有医院的医生根据这些信息来判断你是否健康，需要做什么样的一个手术，或者需要什么样的药物。当然这也是一个阶段。

我们最终是想我们的传感器能够替代人的部分的功能。比如你的耳朵失聪了，听的不太清楚了，我们可以用助听器传感器来恢复你耳朵的功能。如果我们的眼睛不是很好了，我们可以用图像传感器和你的脑机机口能够连上，可以替代你眼睛的功能。

当然你鼻子说嗅觉不好了，我们可以用嗅觉的传感器，当然比如我们有些病了，譬如大家常见的糖尿病，主要是血糖这个问题。我们可以做一个血糖传感器，只落在你的皮下，当你的血糖高的时候，我们可以把胰岛素自动的微量的去释放到你身体里面，去改善你自己血糖的平衡。糖尿病就不是一个可怕的病。这些叫植入式的我们传感器和治疗仪器。我想随着传感技术的发展，我们的人的生活质量还会得到很大的提高。

当然大家也会听到一些传统的经典故事，譬如我们的上甘岭战役，我们的王成英雄，最后讲的“向我开炮”，实际上他就是用无线电来指示我们的这些炮火，能够到阵地上去消灭敌人。我们很多的制导的武器也是需要精确的打击。目前我告诉大家，实际上我们都可以用传感器，用我们的目标指示器来进行替代。

我们可以做所谓的智能灰尘，很小，几毫克，体积也是几个立方毫米，平常可以把它撒出去，撒到我们需要攻击的地方，打仗的时候我们把它唤醒。

这些智能的灰尘就可以发出特定的一些目标的信号，我们的导弹上的传感器可以跟踪我们这些的目标指示器，对他实行精确的外科的手术。所以如果是现在的王成，我们只要放一个小小的传感器就可以解决。不要“向我开炮”，我们自己的牺牲来换得我们战争胜利的这么一个情况了。

这个更为震惊的，我们的新闻里面经常播的法国的国庆，著名的滑雪运动员驾驶了一个空中的飞行器，号称空中飞人，能够在空中自由的飞行。

大家也想到一个东西能够在天上自由的飞行，所以它的控制是非常难的。它控制的输入是什么？实际上就是我们的传感器。这么一个东西在天上能够漂浮着，能够根据人的动作的行驶，能够自动的实现自己的一些目标。我想这些都是传感器发挥了决定性的作用。

当然在不久的未来，我们还可以展望我们的传感器和我们的系统能够做一些什么工作。所谓的 “AI杀人蜂”，也是传感器的一个典型的应用。

这么小的一个杀人蜂，可以自由的飞行。当你人去捕获它的时候，它可以躲避你的人的捕获。根据预先输入的图像，他可以找到被攻击的人，最后停在你的脑门上，用 3 克的炸药把你击毙了。所以这样一个东西完全改变了我们未来的战争的形态。根本没有枪了，也不用去瞄准了。只要把你的图像输进去，它就能把你置于死地。

当然，这也会带来一些科学的伦理的问题。这是后一个问题。但是从传感器本身的技术来讲，它能够自由的飞行，通过人工智能能够进行躲避，还能寻找自己所需要的目标。这些都是传感器支撑了我们未来智能技术的重要的一个发展。

我们到了物联网的时代，我们要进入智能的时代。我想传感器是一个最基础的基础，比如物联网的技术，实际上有三大核心技术。第一大技术实际上就是传感器技术，第二大技术实际上是网络技术。第三个技术是应用层面的开发。

当然了，我们可能到目前为止，我们更关注的是网络和我们的应用层面的一些工作。但是最基础的传感器实际上往往被人获略了，实际上它也是最核心的、最关键的部分。

那么什么叫传感器？实际上到目到现在为止，我们可以下一个定义，所谓的传感器采用先进的技术，微电子、光电子，还有我们的材料等等。这些技术完成什么信息的采集，我们和物理事件、物理世界之间的信息的获取处理，怎么样去获得我们所需要的信息，把它存起来，同时还有传输给我们所需要的地方，应该它是一个系统的东西。传感器也向着信息化、微型化和智能化的方向在不断的在进步。

举一个典型的例子——陀螺仪。陀螺仪是干什么的？实际上是测我们的角运动，大家在一个运行的物体上，比如说汽车开出去以后，我们要想知道汽车准确的位置。当然我们大家知道现在用GPS，但是 GPS 也可能是被可以被遮挡住的，也可能是会受干扰的。

本身运动的位置的测量实际上是靠两个东西，一个陀螺仪，一个加速度计。陀螺仪测的角度，加速度计是测的位移，有了角度，有了位移，我们就可以实时测出运动物体的一个位置。

但是传统我们的陀螺仪是个什么样？是有几公斤重，价格非常高，几万块钱。所以一个汽车里面如果要装几个陀螺仪，重量也上来了，价钱将近接近 10 万，所以他根本就不可能在汽车行业得到应用。

但是现在的传感器多大呢？仅仅是几克重，精度一样，价格变成了几百块钱或者几十块钱。我们的汽车就可以装上我们新型的传感器，就可以实时地测出我们的位置，哪怕我们在地下，在车库里面，我们就可以准确的定位。不像现在我们只有在空旷的地方，接收到卫星信号的地方，我们才能够定位。这就是一个典型的例子。

所以我们经常也在讲传感技术的进步，实际上是一个颠覆性的技术，一项新技术出现了以后，对于我们传统的理念来说，像我刚才讲的，几万块钱、几公斤重的东西，被几十克东西、几百块的东西一下子就完全替代掉了。

传感器的市场实际上也是一个千亿级的一个市场，有这么大的市场的容量，为什么没有提到传感器，就想到哪一家公司，或者想到哪一个企业，会对我们的传感器的行业起到决定性的作用。

实际上这和我们传感器的行业的特点也有关系。刚才我讲了，生活的方方面面都用传感器，其实有几千种传感器，甚至上万种。如果细分上万种的传感器，每个传感器都有自己的特点，不像一个芯片一样，只要把线宽或者工艺做好了，所有的芯片都能做。你能做这个传感器，就不一定能做另外一个传感器，所以传感器的厂家分布的非常的宽。

应该来说，我自己讲的，传感器是一个润物细无声的产业，每个人都要用传感器，但是大家都没感觉到传感器，会像汽车，像飞机这么一个行业也能有这么大的震撼，但是确确实实它是不可或缺的这么一个产业。

刚才我也讲了，我们中低端的传感器在国内通过我们技术的引进合资，应该来说是世界产量最大，应该说分布最广的一个产业了。但是在高端传感器核心的方面，我们还有很多的差距，譬如大家所用的手机里面的我们的照相机，最终核心的图像的芯片还不能实现完全的国产，还需要进口，包括今天摄像的，我们摄像机的这些图像传感器还是需要进口的，我们还不能完全的生产。所以这就是成为我们未来发展的一个瓶颈。

实际上我想我们国家传感器的发展，和国际上的差距主要在这么几个方面。

第一个，我想中低端的传感器还是以引进消化吸收为主的，在高端的传感器的方面主要是集中在高等院校和科研院所来做研究。所以我们还没有像国外一些大的有实力的公司和企业能代表我们国家传感器的产业。

第二个，在投入方面也是受到投资者心态的影响，大家都愿意投一些主机或者显示度高的产业，对我们这种很重要，但是分布很广，产业的重视度不够，所以在投入方面也还比较少。

第三个，和我们的工业基础也相关，我们在集成电路，在一些工艺设备上面的一些差距，也阻碍了我们传感器的发展。

当然最后一个，我也在想，在产业方面，我们实际上还没有完全的能够建立起产学研的渠道。我们特别是高端传感器方面，我们总体上还处于一个初级的阶段，还没有一些大量的高端的传感器能够引领世界的这么一个发展。

为什么说他卡脖子？我想举两个例子。第一个，大家知道我们国家有个两机专项，就是航空发动机和燃气轮机，那么航空发动机和燃气轮机工作。实际上它是在一个非常恶劣的状况，大概温度在 1000 多度，压力是在几个大气压的情况下工作，而且受了冲击是几万个g，所以我们要去测量传感的发动机内部的工作的状况。

现在目前传感器都做不到，一般的做法都是在发动机的外面装一个传感器，通过外面的传感器来估计里面的工况。

但是随着技术的发展，在美国已经出现了所谓的智能叶片，把传感器埋在了叶片里面，它可以测温度、压力、流量。如果有这些准确的参数，温度能够测到 1000 多度，压力能够测到几个大气压，冲击可以测到上万个g。所有这些发动机和内燃机的工作的状态就能够准确的知道，我们就可以调整我们的这些工况，使它的效率得到提高。

据美国讲，它的燃气能机或者发动机的效率通过准确的测量，可以提高到 5%- 8%。举一个简单的例子，烧同样的煤，可以多发 5%- 8% 的电。这就是一个典型的传感器所带来的好处。

而我刚才讲的智能叶片上所需要的这么高端的传感器，我们现在国内还不能做，包括我们的研究到目前还不能达到水平，我想这也是一个很重要的卡脖子的地方。

第二个方面，大家讲的智能汽车里面最重要的一个叫激光雷达，通过激光器来扫描外面的场景。激光雷达目前主要依赖进口，而且价格很贵，基本上在 10 万块钱左右。

所以根据现在科技的发展，我们不能说花 10 万块钱放在车上，使我的车变智能的，我想不会有人买车，如果我们那样的所有的传感性能不变，能够把它变成几百块钱，几千块钱。我想大家花几千块钱换来舒服的享受，大家肯定还是愿意的。所以这也是一个非常的掐我们脖子的地方。

所以我们不能想象出未来的生活有多么美好，但是我们也想到我们怎么样去实现我们的美好生活。我想这也是和我们日常生活中经常卡脖子的这么一个问题。

当然最后的我也想讲讲我个人的一些建议。未来的传感器这么重要，前景这么好，市场这么大，我们为什么到现在还没有这么不尽人意？

我想主要是三个方面的原因。第一个，我想我们重视传感器，首先要去挖它的源泉，我们要重视人才的培养和原创性技术的开发，我们在这方面确确实实还不够。我们前面的国家的科技发展一样，我们更多的是关注于怎么样缩小和世界的差距，一直处于跟踪的这么一个状态。

包括我们最典型的 863 的计划，也是跟踪高技术。我想到了现在这个年代，传感器的发展会改变人的生活，颠覆人的想象，肯定需要创新型的传感器，所以我们应该更多的关注于创新的技术，以及创新技术中间能起到的作用。所以我也特别的想，本身我也是高校的，我也是想在我们的高校的课程体系、知识机构方面怎么培养一批人，能够适合我们传感器技术领域发展的需求。

第二个，我刚才也讲了，传感器分布特别的广，一个公司不可能把传感器所有的事情都做完，怎么办？需要政府的介入。政府的介入我想是两个方面，第一个要建设一些公共的平台，第二个要提供一些共性的服务。

为什么这么说？譬如我刚才讲的，我们要把传感器做得更小、更先进，我们就需要一个加工的平台，这个平台还是投资非常大的，可能有好几个亿。如果每一个公司都有这么一个几个亿的生产线，我想它的投入产出比可能不一定是很好。如果我们政府层面建一个公共的平台，我们所有的这些传感器公司都可以利用公共平台来做事。我想相当于你种了一个梧桐树，引来了很多的金凤凰，创造了一个产业的生机。

第三个，大家也知道高端的传感器，它的实验和认证的过程非常之长，也不可能每家公司都创造一个试验的环境和认证的一些条件。所以政府能不能提供一些公共的条件和认证的手段，使我们这些传感器能够和我们的国外的传感器以同等的条件，第三方的认证能够进入到我们用户的市场，而不是我们达到了自己说达到了别人的水平，应该也是应该由政府来进行提供这些方面的服务和一些支撑。

当然我也是想，传感器刚才讲了多少万种的这么一个传感器，作为国家来说，我觉得一定是围绕国家的目标，进行示范的应用。

比如我们的未来的智能汽车，如果是我们汽车产业的发展的重要的方向，围绕智能汽车里面所需要的核心的传感器，比如我刚才讲的我们的激光雷达，我们的陀螺仪，我们加速计，这些久久为功，能够有所突破，同时在我们市场培育的基础上来引领世界的发展。

当然我也在讲传感器产业分布非常广，我们也希望国家的政策能够推动产业的积聚在某一个区域里面，形成这个区域的优势，形成一个很好的区域品牌和产品的品牌，能够进入到世界的主流的产业，引领我们传感器的发展。谢谢大家。

观众提问：听到您介绍之后，感觉我们离一个万物互联的社会越来越近了。但是如果无时无刻有这么多的传感器、摄像头不停的在收集分析这么多的数据，会不会造成有我们很多个人的一些信息，可能是我们不愿意分享的，譬如我们的生活、作息，我们的位置，甚至是我们的健康状况，这样子一个问题您有什么解决方法？

尤政：

这个问题实际上从两个层面，第一个要从科学的伦理和社会的治理的问题，就是我们在信息化的时代获得了这么多的数据，那些数据的本身的隐私性和管理需要有法律制度来进行保障。

第二个，我也想更多的从搞技术的角度来说，其实技术上也有解决的方案。比如我们现在的传感器大部分都是摄像头，摄像头获取的信息太多，其实有的时候是不需要获得的信息你也获取了。

譬如我们交通的控制，实际上交通的控制，我们无非是对什么样的车辆行驶在什么轨道上，对它的速度感兴趣，其实并不需要对人的信息感兴趣，但是一个摄像头会看到车里的所有的状况。如果你把摄像头的信息存储起来以后，可能会涉及到人的隐私。

但是如果我们有其他的传感器，比如我们有电子的标牌，我们有电子的这些读入器，我们地底下有传感器。当你车过去以后，你的速度，这些信息都能够跟踪的情况下，我们就不需要摄像头了。就不需要用一种通用的费时费人的方法去获得了一些不需要的个人隐私的信息，而更多的关心于你所需要的信息。

我想这也是随着传感技术的进步，会有一些改善我们信息获取的方法，来提高私密信息的保密的。

这些问题，其实在很多的国家，所有的公开场合，他信息大家都是应该遵守一些原则的，但是到了非公开的一些场合，实际上个人的信息是很保密的。比如你在室内你就不能装摄像头，你最多装一个红外传感器，有没有人进入这室内就行了。你不能说通过摄像头把所有人在室内的活动都记录下来，可能就会出现一些隐私的问题。所以我想从技术的角度和管理角度都有很多的工作可以去做。谢谢。

观众提问：尤院士您好，刚才听了您的讲述，了解到传感技术其实是融合了多学科的一个交叉性技术，特别想请教您这种高端的复合型人才如何进行培养，谢谢。

尤政：

好，刚才问的问题非常的到位，传感技术为什么面临这么大的困难，发展起来这么艰难，我想和传感器的特点是有关系的。

比如我们搞机械的，我们只懂机械就够了，我们搞微电子的，可能我们懂半导体和懂电路，我们也够了。但是传感器行业设计的技术领域非常之多，我们经常讲的光机、电算、材料、光学、电子、机械、计算机，还有一个是材料，是一批人要共同的一起来做，才能够做出一个我们所需要的目标。所以我想就面临着几个难题。

第一个，我们人才培养需要更多的学科的交叉，而不是单一学科的一个知识，否则你很难去均衡这些学科中间的一个。比如我们机械做不到的，我们电子能不能来补，对吧？如果我们只懂机械，或者只懂电子，这个中间的权衡，你可能就做不到。我想这是第一个。

第二个。大家也知道，单一学科的组织工作还是有比较好的衡量的标准，也很好组织的。但是像传感器这样把不同的知识及格人组织在一起，在我们中国的传统的观念里面，实际上本身的团队的工作。和怎么样去组织团队，为了一个目标去努力，这个事情本身就很困难。

所以我也是一直讲的，我们的现在的教育，除了知识机构的互相的交叉，更大的综合，更宽的基础来做以外，实际上还要培养我们人才的团队的工作的精神。我想这一点来也是不可或缺的。所以很多的，我们有很好的单项技术，但是没有和人团队共同工作的一个基础，实际上最后事情还做不成了。

所以我觉得传感我们传感器面临的最大的问题，就是我们的涉及的面太宽，同时传感器从我们的技术的链上来说也比较长，所以太宽太长，我们讲的哪个环节出了问题以后都不能达到预期的这么一个效果。所以这也是传感器比较难做，比较具有挑战性的一个重要的方面。

所以也是我们未来人才培养的一个重点，怎么样适合我们传感器产业和技术的特点，来培养我们传感器所需要的人才。

观众提问：我听说有个说法，就是美国的一些教授、学者和研究人员比较具有坐冷板凳的精神，对他们所相信的研究方向始终坚持，即使他可能当时不是主流的研究方向，甚至即使他还没有具备很重要的商业价值，但是很多原创和突破性创新往往就在其中产生了。但是我们中国的一些研究人员好像比较缺乏这种坐廊板凳的精神。对于这种现象，尤校长您有什么看法？谢谢。

尤政：

刚才提的问题非常的尖锐，我想从两个方面来回答。第一个就是美国的高校和中国的高校实际上所处的时代不一样，或者地位不一样。

因为在美国来说，美国的大学和研究院所更多的是从事基础和应用基础的研究，所以他们对怎么样变成一个产品，或者怎么样去把这个技术能够变成一个大家能接受的东西，实际上并不是像中国的高校这么多的介入，这么多的关心，所以他追求的就是科学上的探索，追求的是一种我觉得个人的兴趣或者是一种科学的一种追求多一些。

所以他就能够做我想的，能够比较心安理得的在他的学校或者研究所长期的从事自己所想做的事情，也能够几十年如一日去做一件事情，把它做到极致。

我们国家实际上我讲的就是我们国家的高校，实际上承担了三部分的任务，当然第一个任务是培养人才，第二个跟美国高校一样，从事一些基础性的研究，但是很大一部分的精力还在做一些技术的开发。所谓的技术的开发就是要人用，要变成一个产品。

所以我也很多的美国教授也在沟通，美国教授说我们 20 年前跟你们状态一样，我们的这些企业还没有发展到一定高度的时候，企业还没有把创新的思想变成产品的能力的时候，他不高校也在做这个事儿，所以当时也显得比较浮躁，什么都干，什么都想干。最好是从原理的发现，一直做到产品的销售，都一个教授自己干完了。

但是随着社会的进步，我想分工越来越细，可能专注创新的人会更创新，专注产业化的人会更偏重于产品的开发，让市场能做得更好。

我想第一个问题是讲的阶段的不一样，可能会造成我们这些高校或者企业所分摊的社会责任的不一样，我想这是一个方面。

第二个，我也在想，美国的这些研究，实际上大部分的经费是来自于政府的，比如自然基金会或者 NIH 美国的健康的总署，这种公益性的、基础性的这些研究。这些研究和我们所有同事之间都是可比性的，所以大家都在安安心心的做这些基础的研究，所以他就很能够以很好的心态做这个事儿。

但在我们的这些研究所里面，有搞技术研究的，有搞开发的，有搞产品的，所以相互的在一起以后，我觉得它的价值观和它的评价的标准，驱使了它好像还不能安心的去做一件事情。

因为你做技术研究，比如你做的没用，为什么不变成产品，做产品人说你为什么不写一个高水平的文章去发表。所以这些评价只是促使了我们可能每个人什么事都做了，做的都不错，但是不是最基础的，原创性的，也不是能够直接服务于我们工业的。

我想是我们国家的科学的研究，我觉得还是存在一些体制机制上需要更多的去解决的问题，真正的做到产学应用的集合。我想我们还是非常的期待。