比硬幣小的芯片，感知萬物

作者：方圓

一枚比硬幣還小的芯片，正以0.1毫米的精度掃描世界，撐起智能時代的“數(shù)字感官系統(tǒng)”。

加特蘭的毫米波雷達芯片在2024年實現(xiàn)出貨600萬顆，2025年預計激增至1600萬顆，累計出貨突破1900萬顆。這家中國企業(yè)在中國市場的占有率從20%躍升至33%，其芯片已嵌入全球數(shù)十家主流車企的智能駕駛系統(tǒng)。

與此同時，漢威科技0.3毫米厚的柔性觸覺傳感器在深圳傳感器展上引發(fā)驚嘆，這款“電子皮膚”能在1毫秒內(nèi)完成壓力分布的精準感知。不知不覺中，傳感器技術(shù)正從幕后走向前臺，成為人工智能、新能源車、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等領域的核心基石。

?01從毫米到納米的競逐

本月，無錫芯感智的一項專利申請揭示了傳感器精密化的最新突破。通過在壓力傳感器背面空腔設置硅島膜結(jié)構(gòu)和鏤空緩沖層，同時實現(xiàn)了高靈敏度與高耐壓性能，成本卻未顯著增加。這種“既要又要”的技術(shù)突破，正是當下傳感器創(chuàng)新的縮影。

在測量精度領域，激光測距傳感器正刷新極限。久之洋開發(fā)的星載激光測距儀已應用于高分七號衛(wèi)星，將精度提升至1毫米級，其核心的鎖頻激光器采用光子晶體光纖放大技術(shù)，使波長穩(wěn)定性達到±0.0001nm。而日本基恩士的IL-3000系列傳感器更是實現(xiàn)了0.01μm級的測量精度，相當于人類頭發(fā)直徑的十萬分之一，這一精度水平已被應用于東芝存儲芯片的制造線上，可實時監(jiān)測光刻機工作臺納米級形變。這種突破性進展背后，是光學干涉原理與數(shù)字信號處理算法的深度耦合——通過相位解調(diào)技術(shù)將光程差分辨率提升至λ/1000，配合AI降噪算法消除環(huán)境振動干擾。

車載感知領域同樣迎來精度躍升。加特蘭的毫米波雷達通過獨創(chuàng)的RoP（雷達封裝技術(shù)）與3D波導天線結(jié)合，實現(xiàn)了從“測得到”到“測得準”的跨越。其角度解算方差比傳統(tǒng)方案優(yōu)化了30%，在70米距離外仍能保持點云穩(wěn)定性。

不止于此，傳感器在提升精度的同時實現(xiàn)功能融合。加特蘭最新推出的Dubhe天樞星系列UWB芯片，通過2T4R雷達模式可同時承擔數(shù)字鑰匙、艙內(nèi)存在檢測、腳踢尾門感應等多項功能，一顆芯片替代了傳統(tǒng)多傳感器系統(tǒng)。這種集成化突破源于射頻前端與數(shù)字基帶的深度協(xié)同設計：采用時分復用技術(shù)將雷達回波與UWB定位信號分離，配合動態(tài)波束賦形算法實現(xiàn)空間感知精度±5cm。寶馬iX車型的智能座艙系統(tǒng)應用該芯片后，手勢控制響應延遲縮短至80ms，較上一代產(chǎn)品提升4倍。

精度革命背后是材料與工藝的協(xié)同創(chuàng)新，MEMS工藝滲透率從2018年的35%提升至2024年的58%，推動傳感器向小型化、集成化發(fā)展。芯片級傳感器正在取代傳統(tǒng)笨重的測量裝置，將實驗室級別的精度帶入日常應用場景。

?02新能源車與工業(yè)場景的雙向爆發(fā)

6月22日，蘇奧傳感在互動平臺宣布，其自主研發(fā)的剎車壓力傳感器正式進入市場客戶定點階段，將應用于AEBS（高級緊急制動系統(tǒng)）。這一消息背后，是新能源汽車對傳感器需求的爆發(fā)式增長。

傳感器已成為智能汽車的“核心感官”。與傳統(tǒng)燃油車相比，新能源汽車的單車傳感器用量達到300-500顆，市場規(guī)模年增長率高達28%。這一需求直接帶動了激光雷達市場的繁榮——2025年中國車載激光雷達前裝量將突破500萬臺。

禾賽科技AT128激光雷達實現(xiàn)153萬點/秒的點云輸出，已裝備于理想L9等車型；速騰聚創(chuàng)則通過芯片化技術(shù)將激光雷達成本降低60%，獲得比亞迪、小鵬等車企定點。激光雷達市場年復合增長率高達17.6%，遠高于傳感器行業(yè)平均水平。

隨著中美歐等地AEB法規(guī)要求制動時速提升至120公里以上，雷達需要具備更遠探測距離與弱目標識別能力。加特蘭的雙SoC級聯(lián)方案通過64個虛擬通道，將測高能力從百米級拓展至350米全量程，對塑料錐筒等弱目標的檢測距離提升至100米外。

工業(yè)領域同樣迎來了傳感器革命。聚億信息咨詢數(shù)據(jù)顯示，2024年中國制造業(yè)設備聯(lián)網(wǎng)率達到55%，較2020年的38%大幅提升。制造業(yè)設備的聯(lián)網(wǎng)化是實現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的基礎，而傳感器則是實現(xiàn)設備聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵。通過在設備上安裝各種傳感器，如溫度傳感器、壓力傳感器、振動傳感器等，能夠?qū)崟r采集設備的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)設備的遠程監(jiān)控、故障診斷和預測性維護。這不僅提高了設備的運行效率和可靠性，也降低了企業(yè)的運維成本。因此，制造業(yè)設備聯(lián)網(wǎng)率的提升直接拉動了工業(yè)傳感器的需求。

近年來，全球工業(yè)機器人裝機量持續(xù)攀升，已連續(xù)多年達到50萬臺以上。從2018年至2023 年，復合增長率為5%。據(jù)國際機器人聯(lián)合會（IFR）預測，到2027年，工藝機器人的裝機量將突破60萬臺大關(guān)，工業(yè)機器人的廣泛應用帶動了位移測量傳感器需求的增長。位移測量傳感器能夠精確測量機器人的位置、速度和加速度等參數(shù)，為機器人的精確控制提供重要依據(jù)。隨著工業(yè)機器人向高精度、高速度、智能化方向發(fā)展，對位移測量傳感器的精度和可靠性提出了更高的要求。位移測量傳感器需求年增22%，成為工業(yè)傳感器市場的一個重要增長點。

?03催生新物種

傳感技術(shù)本身也在不斷突破創(chuàng)新邊界。當傳統(tǒng)傳感器正通過性能升級與成本優(yōu)化滿足規(guī)?；瘧眯枨髸r，基于新材料與新原理的傳感技術(shù)“新物種” 已悄然萌芽。

北京科技大學杜翠鳳/王遠團隊聯(lián)合北京納米能源與納米系統(tǒng)研究所王中林院士/朱來攀團隊開發(fā)了一種摩擦電自供電傳感平臺（TESS）。在山東某金礦地下626米深處，其已連續(xù)運行數(shù)月。這項基于摩擦納米發(fā)電機（TENG）的技術(shù)突破，解決了礦井監(jiān)測的供電難題。

風速感知能力通過基于非接觸式TENG 的水平渦輪機實現(xiàn)。同時，TESS 由一組獨特的 TENG 組成，通過一種新的工作模式運行，平衡了接觸分離和獨立式模式的優(yōu)點。借助優(yōu)化的自驅(qū)動電源管理系統(tǒng)，TESS 實現(xiàn)了 16.36 mW/平方米的充電功率密度；這種能量每 166 秒就會傳輸至一個傳感器節(jié)點（用于測量溫度、相對濕度、壓力以及二氧化碳、二氧化氮、氨氣的濃度）、一個數(shù)據(jù)處理單元以及一個 LoRa 發(fā)射器。這項工作在開發(fā)堅固耐用、成本低廉、無需電池且無線的基于摩擦納米發(fā)電機的環(huán)境監(jiān)測平臺方面取得了重大突破。

與此同時，氣體傳感技術(shù)也傳來好消息。漢威科技開發(fā)的“電子鼻”系統(tǒng)，通過集成高靈敏氣體傳感器陣列與AI算法，可在5秒內(nèi)快速識別不同氣味，已應用于食品安全、環(huán)境監(jiān)測等領域。

該系統(tǒng)采用多傳感器協(xié)同工作模式，每個傳感器對特定氣體具有高靈敏度，配合AI算法對多維數(shù)據(jù)進行實時分析，突破了傳統(tǒng)單一氣體檢測的局限。例如在食品安全場景中，“電子鼻”可通過識別食品揮發(fā)的氣體成分，判斷其新鮮度或是否變質(zhì)；在環(huán)境監(jiān)測中，能快速定位空氣中的有害氣體或異味來源，為污染預警提供數(shù)據(jù)支持。

這種仿生感知技術(shù)模擬了生物嗅覺的復雜識別能力，可適應多種氣體混合場景，相比傳統(tǒng)傳感器具有更高的檢測效率和實用性，推動氣體傳感技術(shù)向智能化、多功能方向發(fā)展。

?04傳感器將走向何方？

據(jù)Yole報告，2024 年全球 MEMS（微機電系統(tǒng)）行業(yè)迎來關(guān)鍵轉(zhuǎn)折，憑借第二季度 "庫存效應" 消退，全年營收達 154 億美元（同比增長 5%），出貨量突破 310 億顆。市場研究顯示，隨著消費電子、汽車電子等終端需求回暖，疊加AI、物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)驅(qū)動，2025 年行業(yè)增速有望進一步提升，預計 2024-2030 年復合年增長率達 3.7%，2030 年市場規(guī)模將達 192 億美元，銷量增至 350 億臺。

在MEMS行業(yè)憑借傳統(tǒng)應用場景實現(xiàn)穩(wěn)健增長的同時，量子傳感技術(shù)正在實驗室醞釀突破。

量子傳感器利用量子現(xiàn)象，與傳統(tǒng)傳感器相比，靈敏度大幅提高，開辟了各種新的應用，包括電動汽車?(EV)、非 GPS 導航、醫(yī)學成像和通信。業(yè)內(nèi)專家將此稱為“第二次量子革命”。

專家認為，量子力學在計算領域有著巨大應用潛力的同時，也有可能徹底改變傳感行業(yè)。

量子態(tài)的敏感性使得檢測微小的變化成為可能，從而實現(xiàn)了前所未有的精度測量。量子傳感器與傳統(tǒng)傳感器相比具有更高的靈敏度，能夠?qū)?a class="article-link" target="_blank" href="/tag/%E7%94%B5%E6%B5%81/">電流、電場、磁場、光、線性加速度、角加速度和時間等多種物理特性進行高靈敏度測量。

其中一個例子就是隧道磁阻?(TMR) 傳感器，其規(guī)?？蛇_到數(shù)百萬個芯片。它目前已在汽車領域銷售，用于遠程電流傳感。使用光泵磁力儀 (OPM) 的生物磁成像雖然仍處于早期開發(fā)階段，但已顯示出良好的潛力，Cerca Magnetics 等初創(chuàng)公司已經(jīng)向研究中心出售早期產(chǎn)品和原型。

此外，還有臺式原子鐘，已在研究和國際時間標準中使用多年。在醫(yī)學領域，量子傳感器可以對心臟的自然磁場進行簡單測量，提供比目前的心電圖（ECG）機器多得多的數(shù)據(jù)。雖然心電圖設備通過直接貼在皮膚上的電極進行測量，但量子傳感器可以集成到衣服、床墊和其他物品中。

不僅如此，技術(shù)創(chuàng)新的觸角已悄然伸向生命體內(nèi)部—— 這種從 "外部環(huán)境監(jiān)測" 到 "生物體內(nèi)在感知" 的躍遷，為腦機接口與傳感器的深度融合埋下了技術(shù)伏筆，也讓神經(jīng)元活動的實時捕捉從科學想象走向臨床可能。腦機接口與傳感器的融合開啟新可能，Neuralink植入式設備集成微型激光測距模塊，實時監(jiān)測神經(jīng)元活動，精度達10納米。這種跨領域技術(shù)融合將傳感器從外部環(huán)境監(jiān)測拓展至生命體內(nèi)部信號采集。

從0.01微米的納米級測量到量子態(tài)的精密操控，從實驗室的精密儀器到車規(guī)級芯片的量產(chǎn)落地，那枚比硬幣更小的芯片，既是智能汽車的 “數(shù)字眼睛”，也是工業(yè)機器人的 “觸覺神經(jīng)”，更是叩擊生命奧秘的 “量子探針”。當傳感器精度突破納米級門檻，我們丈量的不再僅是物理距離，更是從硅基到碳基、從機器到生命的認知邊界 —— 萬物互聯(lián)的基石，終將從“連接”走向“感知”。