传感器三大“骗”，最有前景的赛道是……？

传感器三大“骗”，代表的是未来拥有广阔应用空间的三种前沿传感器技术。

但从理论到形成技术，先进技术从实验室再到产业化，这条路也许很漫长，这条路也可能很短很快。因此投入大量资金，但很难产出商业效果，因此叫做“骗”，但只是整个产业还没到那个爆发点。

简单点说就是，画了个大饼，而这个饼在未来是真实存在的，但什么时候吃得到是个问题。

今天我们来看看传感器三大“骗”——传感器三大前沿技术是什么，或许已在爆发的前夕。

一、量子传感器

说起量子科技，我们很多人并不陌生，作为全球都在聚焦、跟踪的最前沿科技领域，我们经常可以在新闻媒体上听到“量子”这个词。

“九章”号、“祖冲之”号是我国开发的、世界一流的量子原型计算机，求解某数学算法仅需200秒，当时世界最快的超级计算机要用6亿年；“墨子”号量子卫星，是我国2016年发射的全球首颗量子通信实验卫星，量子通信具有不可“窃听”的特性。

量子通信有三大应用领域：量子计算、量子通信、量子精密测量，上面提到的“九章”号、“墨子”号等就是量子计算、量子通信的应用。量子精密测量的主体，就是量子传感器，相对前面两者较为低调。量子传感器是目前量子技术中最接近实用的技术。

量子传感器是根据量子力学规律、利用量子叠加量子纠缠和量子压缩等效应设计的、用于执行对系统被测量进行变换的物理装置。

在量子传感中，电磁场、温度、压力等外界环境直接与电子、光子等体系发生相互作用并改变他们的量子状态，通过对这些变化后的量子态进行测量便可以实现对外界环境的高灵敏度测量。与传统传感器相比，量子传感器具有非破坏性、实时性、高灵敏性、稳定性和多功能性的优势。

简而言之，应用量子技术，可以极大提高目前传感器的灵敏度、准确率、稳定性等指标，可实现比MEMS传感器精确近1000倍的测量，让传感器“大跃进”。

多国将量子传感器列为国家战略

目前，全球主要国家已将量子传感器列为国家科技发展战略。

基于美国国家利益，美国国家科学和技术委员会(NSTC)量子信息科学小组委员会(SCQIS)在2022年3月份发布了名为《将量子传感器付诸实践》的报告，通过扩展量子信息科学(QIS)国家战略概述中的政策主题，领导相关研发机构加快开发新的量子传感方法，并计划在未来1-8年，根据报告的建议采取行动加速实现量子传感器取得的关键发展，确立美国量子传感器技术领先地位。

相关美国量子传感器战略内容，可参看《地球最强科技大国发布量子传感器战略，写了4个字：国家利益！》。

2021年，欧洲核子研究中心（CERN）发布《量子技术战略和路线图》，探讨量子技术如何在量子计算、量子传感器等领域发挥作用。

▲《量子技术战略和路线图》主要发展目标

中国持续跟踪量子技术的前沿研究，在量子计算、量子通信方面已处于全球领先水平，量子传感器技术同样不落后。2022年，国务院发布《计量发展规划(2021—2035年)》，提出“重点开展量子精密测量和传感器件制备集成技术、量子传感测量技术研究”，多次提到量子传感技术的研究重要性。

▲《计量发展规划(2021—2035年)》部分内容

部分量子传感器商业化案例

量子传感器凭借量子纠缠效应，可实现比MEMS传感器精确近1000倍的测量，让传感器“大跃进”。多家传感器巨头企业已经开始部署量子传感器研究。

据媒体报道，今年3月份博世发布了首个“量子陀螺仪”，其作用与普通陀螺仪一样，但却利用量子原理制造，目前已可达普通陀螺仪100倍以上的精度。

▲博世量子陀螺仪传感器试验

法国 Muquans 公司于2019年推出首款量子重力仪，目前大多数基于现场的重力测量都使用相对重力仪，它可以监测悬挂在弹簧上的物体位置的微小变化。这些设备的输出会随着时间的推移而产生漂移，因此一定时间后必须通过绝对设备进行校准。而量子重力仪无需校准，即可实现长久、精确的测量。

▲法国 Muquans 公司的量子重力仪

虽然多国已将量子传感器列入国家科学战略，不少企业已开始量子传感器商业化应用的尝试，但目前仍停留在初始阶段。根据美国科学委员会的计划，最快8年内将有希望实现量子传感器产业化。

二、柔性传感器

最近一段时间，因为Facebook改名Meta宣布全力进军“元宇宙”，立马宣布基于柔性传感器研制“电子皮肤”，以在元宇宙中重现人的触觉感受，柔性传感器热度再度被引爆。

什么是柔性传感器？

柔性传感器是指采用柔性材料制成的传感器，具有良好的柔韧性、延展性、甚至可自由弯曲甚至折叠，而且结构形式灵活多样，可根据测量条件的要求任意布置，能够非常方便地对复杂被测量进行检测。

因为柔性传感器的特性，让它有非常好的应用前景，包括在医疗电子、环境监测和可穿戴等领域。

柔性传感器种类较多，分类方式也多样化 。按照用途分类，柔性传感器包括柔性压力传感器 、柔性气体传感器 、柔性湿度传感器 、柔性温度传感器 、柔性应变传感器 、柔性磁阻抗传感器和柔性热流量传感器等。

按照感知机理分类，柔性传感器包括柔性电阻式传感器 、柔性电容式传感器 、柔性压磁式传感器和柔性电感式传感器等 。

“电子皮肤”使用的主要就是柔性压力传感器，而这也是柔性传感器研究最多、应用最广的领域。

其实柔性传感器并非新鲜事物，早在2004年，日本东京大学电子工程师染矢高雄（Takao Someya）和其团队，开发出一种8厘米×8厘米的柔性机器人皮肤贴片，由一层层高性能的压敏聚酰亚胺塑料、一种叫做并五苯的有机半导体以及金和铜电极制成。这款皮肤给予机器人前所未有的东西：一种能够回应压力的触感。

▲染矢高雄（Takao Someya）团队柔性传感器局部放大图

这是柔性传感器最早的成功应用案例之一，因此引起媒体的广泛关注，甚至有媒体表示机器人的未来不远了。

之后，电子皮肤概念虽然偶见报端，但十几年过去，基于柔性传感器的“电子皮肤”的商业化落地，一直迟迟未见动静。

目前，最新的柔性传感器电子皮肤已经用于临床试验，如监测重症早产儿：

▲约翰·罗杰斯（John Rogers）团队开发的柔性传感器在重症早产儿监测应用

然而，柔性传感器技术的稳定性、耐磨损性等还需要进一步提高。而从整个产业链的配套来说，柔性电路、柔性存储，以及软硬连接等环节也需要跟进步伐。

柔性传感器的资本布局

在柔性传感器技术前沿领域，国内有钛深科技、汉威旗下能达斯、柔宇科技、纽迪瑞等企业，已经进入产业布局。

钛深科技已于2022年2月完成B轮融资，累计融资额超亿元；能斯达获小米长江产业基金 1000 万元增资；同时，小米关联公司瀚星创投也投资了纽迪瑞。

钛深科技用专有材料建立离子-电子界面以响应机械刺激，能够以高分辨率和更快的响应速度实现压力和力传感应用。利用该技术开发了三种产品，即μSens-柔性触觉传感器、πSens-耐温可集成触觉传感器和τSens-防潮触觉传感器。

▲钛深科技产品-FootWARE具备心率、呼吸率等传感功能的鞋子

苏州能斯达是中国气体传感器巨头汉威科技控股公司，是汉威在柔性传感器领域的布局，并吸引了小米长江基金等多家风投机构投资。

2017年，能斯达柔性传感器产品实现批量化生产，2019年，苏州能斯达年出货量达到100万只。目前，能斯达已经是国内柔性传感器领域领先企业之一。

▲能斯达某款柔性压力温度一体化传感器

种种迹象似乎表明，柔性传感器是一条正在兴起的赛道，能斯达、钛深科技等柔性传感器企业均已有相关量产产品出货。同时，资本开始进入柔性传感器领域是最好的证明。

与之前的医疗、工业应用不同，资本更看重耳机落地一样，柔性传感器将很快迎来爆发，凭借消费电子庞大的体量和市场，柔性传感器的发展将不可限量。

三、石墨烯传感器

石墨烯想必很多朋友都听说过，是前几年最热门的科技词汇之一。

石墨烯又名“单层石墨片”，是指一层密集的、包裹在蜂巢晶体点阵上的碳原子，碳原子排列成二维结构，与石墨的单原子层类似。石墨烯被誉为“黑金”、“新材料之王”，是目前世界上最薄、最坚硬、导电性最好的纳米材料。

▲石墨烯单层原子结构

石墨烯的纳米结构在传感器领域有极大的前景。这是由于每个原子与感应环境相接触，且石墨烯的电学属性可以通过这种接触而改变。石墨烯有着独特的物理属性，从而使得在很多传感领域有应用，如光传感器，电磁传感器，应力与质量传感器以及化学与电化学传感器。

石墨烯材料曾一度被媒体热炒，因此石墨烯传感器的地位也跟着水涨船高。敏感材料对传感器有着至关重要的影响，石墨烯传感器在传感领域未来应用也比较广阔。

目前，世界各国对石墨烯传感器的主要研究领域集中在：石墨烯电化学传感器、石墨烯气体传感器和石墨烯光电传感器上。

石墨烯电化学传感器

石墨烯电化学传感器基于石墨烯的电极在电催化活性和宏观尺度的导电性上比碳纳米管更有优势。

石墨烯在电化学传感器上的应用有以下优点：①体积小，表面积大；②灵敏度高；③响应时间快；④电子传递快；⑤易于固定蛋白质并保持其活性；⑥减少表面污染的影响。

▲石墨烯电化学传感器原理结构示意

石墨烯气体传感器

基于石墨烯独特的二维特点，巨大的表面积使之对周围的环境非常敏感。即使是一个气体分子吸附或释放都可以检测到。目前检测可以分为直接和间接检测，通过TEM可以直接观测到单原子的吸附和释放过程，并且观察到了碳链和空位，实时研究了其动力学过程。

这些技术提供了一种研究更复杂化学反应的真实动力学的途径，并能鉴别未知吸附物的原子结构。通过测量霍尔效应的办法通过霍尔电阻的变化间接检测单原子的吸附和释放过程，极大提高了微量气体快速检测的灵敏性。

英国南安普顿大学和日本先进科学技术研究所的研究人员新近开发了一种以石墨烯为材料的传感器。该传感器能以较低的能耗检测出室内的空气污染。这些有害化学气体的浓度水平一般在十亿分之几(ppb)，现有的环境传感技术很难检测到，因为这些传感器只能检测到浓度为百万分之几(ppm)的此类气体。

▲石墨烯气体传感器感知气体分子原理结构示意

石墨烯光电传感器

利用石墨烯材料制成的用途广泛的高光敏感度传感器。这种新型传感器的关键在于使用了“滞留光线”的石墨烯纳米结构。石墨烯纳米结构能够比传统的传感器更长时间地捕获产生光线的电子微粒。这就会导致产生一种更强的电信号，就像数码相机所拍摄的照片一样，它能够将这种电信号转变成图像。 

新加坡南洋理工大学的研究人员成功研发出石墨烯图像传感器，该技术在同等条件下，捕捉光线强度，比传统CMOS或CCD传感器好上1000倍，将对摄影、摄像产业产生深远影响。

据报道，该技术将首先被应用于监控设备和卫星等领域，最后才会普及到民用相机等数码设备上。

▲新加坡南洋理工大学研究人员展示石墨烯传感器

目前来说，石墨烯传感器仍主要处于实验室研究阶段，虽然相比传统传感器有着巨大进步，但从实验室到实用化，还有一段相当长的距离。

而且，如石墨烯光电传感器等，在国防、航天等领域均有着重要作用，必将先满足这些领域的需要，最终才会逐步普及民用。

结语

量子传感器、柔性传感器、石墨烯传感器，三大传感器技术代表了传感器未来的广阔应用空间。

然而，一个产业从前期投入到成熟，有着许多关键问题需要解决，需要大量的资金、人员投入，而产出、产业配套仍遥遥无期。

似乎我们前期投入的金钱都像扔进水里面一样，但没有前面一颗一颗的石头，我们也就喝不到瓶子里的水。

你认为未来10年哪种传感器将迎来大爆发？