传感器产业智能化进程，美国版集中资源办大事
在深圳重点发展的战略性新兴产业即20+8产业集群发展规划中，智能传感器产业是个挺有意思的产业，大众对这个产业并不太了解，业内却认为其极为重要。智能传感器是当代物联网的基础，在我们生活中处处可见，从智能手机、汽车雷达、智能家居到万物互联、不断提高我们生活体验；它也是数字经济的源头活水，从其中源源不断生产出新的数据，为新模式新业态新经济提供了技术基础。
我国传感器产业与美国有着巨大差距，根据中国传感器与物联网产业联盟常务副理事长郭源生评估，中国传感器产业化水平落后10-15年；美国传感器产业在科研与工艺上，也远超制造强国德国和日本。为什么美国能主导全球传感器产业发展，我们如果认真分析美国传感器产业发展历程就会发现：传感器产业智能化进程，就是美国版的集中资源办大事。
传感器是能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件和装置，通常由敏感元件和转换元件组成。早期传感器主要是机械式测量仪器，主要以弹簧、钢片和弹性膜片等弹性体作为敏感元件，受力弹性变形经放大后可转化为仪表指针的偏转，借助刻度指示被测量的大小。仪表中主要以波纹管或波登管，在液体内压力的作用下逐渐胀成圆形，带动指针显示压力，如下图所示。
机械式传感器劣势很明显，我们常看到在老电影中，潜水艇深潜时或者遭遇深水炸弹，各种仪表突然全部爆表，大量的水涌入内舱，船员们拼命关闸奋力自救，就是机械式传感器弊端的真实写照。
上世纪30年代末，由美国Persimmons和A.C.Ruge制造出第一批应变计，并在40年代初(1944年)发明了粘贴式电阻应变传感器，利用电阻原理来测试受力。
50年代，第一代工业批量化生产的现代传感器是结构型传感器（电阻式传感器），典型应用的就是体重计。它的原理是：金属导体在外力作用下发生机械变形时,其电阻值随着它所受机械变形变化而发生变化，利用电阻分压电路来就可以计算出受力。
60年代，在第一代结构型传感器经验基础上，产生了传感器的基本框架，在固定电阻分压测量电路模式上，高校及科研院所实验室不断实验，尝试用其他材料替代金属，找出合适的敏感元件，测量热量、磁场、光和声强等。
70年代，第二代固体传感器开始发展起来，这些传感器由半导体、电介质、磁性材料等固体元件构成，是利用材料某些特性制成的。高校和研究所在各学科理论及基础上，找出半导体、电介质、磁性材料等敏感元件，并利用其特性逐步研究出各种传感器原型，而其量产和销售过程，也存大量不确定和商业风险。70年代后期，随着集成技术、微电子技术及计算机技术的发展，出现集成传感器，将传感器与后续电路集成起来，形成独立产品或模块销售。
这二个阶段都是正常的产品升级换代，企业发挥了主导作用，按市场需求进行研发设计、产品改进、成本降低和全面商业化，进程缓慢周期较长，投资回报并不确定，产业也面临多品种小批量，企业分散、规模小，研发能力弱等，我国传感器产业当下面对的问题，为什么美国传感器产业后来会开挂一般发展起来？
80年代，为了应对冷战，里根总统提出了星球大战计划，军事的迫切需要对智能传感器技术形成巨大加速作用，改变产业发展规律。美国成立了国家技术小组（BGT），并投入大量预算和武器订单，帮助政府组织和领导大公司、国有企业和机构的传感器技术的发展。
冷战期间，美苏储备了足以毁灭全世界的核武器，为应对对方先发制人的核弹打击，美国的策略是反导系统、加强通讯和计算机联络，保证第一次核战打击后的统一指挥；苏联则选择了太空防御，其成果是空间站，大型激光武器。苏联的点错了科技树，对国家来说，后果是非常严重的。
应对反导和战争需求，美军重点发展智能传感器，提高武器的反应速度，所以智能传感器是超前于当时市场需求的，民间刚开始集成化，智能传感器就横空出世了。在军事上，目标是运动的，怎样根据运动的目标轨迹调整导弹的方向和速度，这就变成智能传感器的重要任务，这些核心技术都有美国政府管控、扶持、资助与推动。
比如响尾蛇导弹要先发现20公里以外的一个热源，然后要追踪，测量对方的速度和方向，再计算最佳打击的范围，而当对方飞机进行闪避动作时，还要进一步进行反应。这就需要在集成传感器基础上加装芯片元件及软件，并将其做小型化、微型化。
这种智能传感器对外界信息具有一定检测、自诊断、数据处理以及自适应能力，是微型计算机技术与检测技术相结合的产物。在军方推进下，智能传感器研究不计投入产出，利用半导体制造工艺和材料，设计、制造、封测、应用和配套工艺技术很快探索出来。基于高起点，智能传感器技术在民用领域就极大的提高了用户体验，用户使用数量巨量，批量制造后，价格不断下降，普通用户也能够承担得起了。
比如说：我们现在上网的无线传感器，最早用于战场侦察和监视；自动感应开灯的红外线传感器，军事上用于空对空导弹，也用于夜视仪；现在防盗的超声波传感器，军事上用于潜艇及反潜必备；还有光纤传感器、激光传感器等等。
人民大学温铁军教授的研究表明：在苏联解体后，90年代中后期，美国将原本用于星球大战计划的军方通讯和互联网等技术解密，无偿转移给了民间，这才导致互联网爆发和硅谷崛起，这也是美国互联网和科技行业爆发真正原因。否则这些技术前期天量的研发费用，是任何一个公司也承担不起的，这相当于美版的集中资源办大事。
传感器是借助国家力量，整体提速的共性行业，智能传感器作为尖端武器的制作工艺，其民用化后带来极大的用户体验，也称为传感器革命。智能传感器技术普及带来了便利，汽车电车及物联网等领域兴起，各种应用场景，使得智能传感器研发与批量化生产更快，也更加小型化，微型化。2000年代智能化技术普及带来了消费电子和物联网的繁荣，微电子机械系统(MEMS)开始成为传感器产业新的驱动力。
这种共性技术红利，推动商用应用，又推动产业优势，从而形成产业增强回路。比如马斯克2016年成立Neuralink公司，短短3年开发出侵入式脑机接口，3072个电极密集排布的线连接到大脑皮层，这种研发速度，如果没有先进MEMS传感器产业链配套，是很难成功的，而脑机接口突破，又会巩固美国在医疗科技上优势。
综上所述，我们认为，以前传感器产业三阶段的划分方式是不准确的，隐藏了美国传感器产业崛起的真实原因。我们建议应该将其发展历程划分为四个阶段，观察美国主导的传感器产业，以便进一步分析其发展规律。
美国获得主导地位以后，总是强调自由市场和自由竞争，刻意的隐藏了一些历史和事实，宣导对其有利的规则。在国内，也有一些企业家和学者，对中国地方政府制定产业集群发展规划提出质疑，认为会导致产业过剩并会影响企业公平竞争，这其实是没有深入的解读产业政策，也有被美国经济学家洗脑原因。
这一次，拜登总统签署《2022年芯片和科学法案》，美国彻底不装了，将高达2800亿美元资金投入产业扶持中，其中提供约527亿美元的资金补贴和税收等优惠政策，以吸引各国芯片产业转移到美国去，同时限制芯片企业在中国投资。法案还授权拨款约2000亿美元，用于促进美国在人工智能、量子计算等各领域的科研创新。
美国智能传感器产业是借助国家力量，整体提速的共性行业，作为尖端武器的制作工艺，其民用化后带来极大的用户体验，被称为传感器革命。在这个领域，美国已经遥遥领先，而控制芯片制造和封装技术，将会巩固其智能传感器的优势。
而MEMS(微机电传感器) 应该归为第四代传感器，MEMS是微机械与微电子结合产物，利用MEMS技术对传感器进行改进，用微机械结构来感知运动、声音、射频变化，成为新升级方向。MEMS器件的特征长度从1毫米到1微米，1微米仅相当于一根头发的六十分之一，随着纳米材料突破，在未来生物科技、电子五官、机器人、万物互联等产业上会有更大的应用前景。
MEMS通常是一个包含有动能、弹性形变能、静电能或静磁能等多个能量域的复杂系统，在这个阶段，我国和德国凭借智能制造和工程师优势，将有机会反超。
传感器与通信、计算机被称为现代信息技术的三大支柱，其应用涉及国民经济及国防科研的各个领域，是国民经济基础性、战略性产业之一，是未来产业必争之要地。
美国遵循先军工后民用、先改进后普及的发展模式，我们可以借鉴，和平时期不能搞军工模式举国投入，但我国将智能传感器产业集群视为有机整体，规划产业发展；组织关键材料、工艺技术联合攻关，实现高端设计跃迁；搭建产业互联平台，发挥产业集群协同效应；以十亿级用户大市场为依托，未来国民级产品的为突破点，走出一条新的探索道路。后续我们将继续分享传感器产业集群与产业发展战略研究观点，欢迎共同探讨。
