Глобальная разработка интеллектуальных датчиков
2025-07-22
Благодаря постоянному спросу на интеллектуальные технологии и цифровизацию в сфере транспортных средств на новых источниках энергии, промышленной автоматизации, здравоохранения, охраны окружающей среды, энергетики и других областях, мировой рынок интеллектуальных датчиков сохраняет устойчивый рост. Объём мирового рынка интеллектуальных датчиков вырос с 32,01 млрд долларов США в 2019 году до 47,21 млрд долларов США в 2023 году, а совокупный годовой темп роста составил почти 10%. Ожидается, что объём мирового рынка интеллектуальных датчиков к 2024 году достигнет 52,04 млрд долларов США, что на 10,23% больше, чем годом ранее.
В настоящее время на США, Японию, Германию и Китай в совокупности приходится более 70% мирового рынка датчиков. На рынке по-прежнему доминируют Европа, США и Япония. Ведущие мировые компании, такие как Emerson, Siemens, Bosch, STMicroelectronics, Honeywell и другие транснациональные корпорации, занимают около 60% внутреннего рынка. Чем выше уровень интеллектуальных датчиков, тем больше доля американских компаний. Если взять, например, авиационные датчики, то, согласно «Специальному отчету о рынке авиационных датчиков», опубликованному Aviation Industry Network в 2023 году, в мире насчитывается около 150 компаний, производящих авиационные датчики. С точки зрения географического распределения, наибольшее количество компаний, производящих авиационные датчики, приходится на США, на долю которых приходится более 70% мирового рынка; за ними следуют Великобритания, Франция, Германия и другие страны.
(I) Глобальное развитие интеллектуальных датчиков
1.Соединенные Штаты
В 1980-х годах Соединенные Штаты объявили о вступлении мира в эпоху датчиков и создали Национальную технологическую группу (BGT) для помощи правительству в организации и руководстве разработкой сенсорных технологий для крупных компаний, государственных предприятий и учреждений. Соединенные Штаты следуют модели развития, согласно которой сначала военные, затем гражданские, сначала совершенствование, а затем популяризация. Они придают большое значение исследованиям функциональных материалов для датчиков, инновациям в сенсорных технологиях и исследованиям технологических процессов, а также содействуют развитию сенсорных технологий. Среди ключевых технологий, обеспечивающих качественное преимущество американских систем вооружения, восемь относятся к пассивным датчикам. В 2000 году ВВС США перечислили 15 ключевых технологий, которые помогут повысить возможности ВВС в XXI веке, среди которых сенсорные технологии заняли второе место.
В 2004 году Национальный научный фонд США опубликовал доклад «Революция датчиков», выделив ежегодно 6,9 млрд долларов США на фундаментальные сенсорные технологии и прикладные исследования. В 2022 году Подкомитет по квантовой информатике (SCQIS) Национального совета по науке и технологиям США (NSTC) опубликовал доклад под названием «Внедрение квантовых датчиков в практику». В 2022 и 2024 годах США опубликовали «Список критически важных и перспективных технологий», в котором обработка данных с датчиков и их объединение были названы важными проектами. В то же время США опираются на Институт инноваций в производстве в рамках Национальной инновационной сети для содействия исследованиям в области применения новых датчиков, таких как промышленные интеллектуальные датчики, носимые датчики, медицинские датчики и датчики изображений. В США существует множество превосходных компаний, производящих МЭМС-датчики, таких как Texas Instruments (TI), Analog Devices (ADI), Freescale, Knowles, SiTime, HP, IMT, Silicon Microstructures (SMI), GE Infrastructure Sensing и др. Кроме того, большинство компаний-производителей полупроводников также имеют предприятия по производству и обработке МЭМС. В 2024 году в опубликованном Соединенными Штатами «Списке критически важных и перспективных технологий» было представлено более 20 технологий, связанных с интеллектуальными датчиками, включая обработку и слияние данных датчиков, микроэлектромеханические системы (МЭМС) и наноэлектромеханические системы (НЭМС). В 2024 году на официальном сайте Министерства обороны США была опубликована «Инвестиционная стратегия на 2024 финансовый год». Среди 12 приоритетных технологий развития, предусмотренных планом развития ключевых технологий Министерства обороны США (SBIC), четыре ключевые технологии, связанные с интеллектуальными датчиками: аппаратное обеспечение датчиков (интегрированные датчики и сети), сборка, тестирование и упаковка (микроэлектроника), материалы (микроэлектроника) и квантовые датчики (квантовая наука).
2.Европа
Европа является важной базой для мировой индустрии датчиков, а её возможности в области исследований, разработок и создания инновационных продуктов занимают лидирующие позиции в мире. В начале 1980-х годов многие европейские страны последовательно проводили политику ускоренного развития сенсорных технологий, рассматривая сенсорные технологии как ключевую технологию, способствующую научно-техническому прогрессу, экономическому развитию и национальной безопасности. В 2021 году Европейский оборонный фонд выделил 19 миллионов евро на формирование сообщества интересов из 10 конкурирующих компаний для совместной разработки инфракрасных датчиков следующего поколения. В 2023 году Европейская комиссия одобрила «Важные проекты общего европейского интереса» в рамках «Закона ЕС о чипах», который предусматривает выделение до 8,1 миллиарда евро 56 ключевым компаниям (включая 20 гигантов в области сенсорных технологий, таких как Bosch, STMicroelectronics, Infineon и Osram). В 2024 году, при финансовой поддержке программы ЕС «Горизонт Европа», исследовательские группы из 9 стран ЕС (Норвегии, Германии, Ирландии, Румынии, Италии, Нидерландов, Великобритании и Франции) реализуют исследовательскую программу «COMPAS». Целью программы является разработка компактной, недорогой и сверхчувствительной платформы датчиков на основе фотонных интегральных схем (ФИС) для повышения конкурентоспособности Европы в сфере полупроводниковых и фотонных технологий. В области исследований применения датчиков ЕС использует масштабные программы государственно-частного партнерства, такие как программы создания заводов и роботов будущего, а также программы создания медицинского оборудования и роботов-медсестер в рамках стратегической области решения социальных проблем, для содействия исследованиям в области применения новых датчиков, таких как промышленные интеллектуальные датчики, медицинские датчики, тактильные, визуальные, обонятельные и слуховые датчики, биосенсоры и химические датчики.
3.Германия
Будучи лидером в области микроэлектромеханических систем и датчиков, Германия включила микросистемы и нанотехнологии в число 17 современных направлений технологических инноваций в «Стратегии развития высоких технологий Германии», впервые опубликованной в 2006 году, и вложила значительные средства и энергию в сохранение своего лидирующего положения на международном уровне. В 2015 году Германия опубликовала стратегию «Индустрия 4.0», определив датчики ускорения, электронные компасы и датчики давления воздуха в качестве основных компонентов информационно-физических систем. В сентябре 2018 года Федеральное правительство Германии приняло «Стратегию развития высоких технологий до 2025 года», в которой определены 12 задач по трём направлениям деятельности для будущего финансирования исследований и инноваций в Германии, включая разработку микроэлектроники, систем связи, материалов, квантовых технологий, современных наук о жизни и аэрокосмических исследований в качестве ключевых задач для укрепления будущего потенциала Германии.
Что касается мер развития, Германия рассматривает военные датчики как приоритетную технологию. Немецкие интеллектуальные датчики в полной мере раскрывают неотъемлемые преимущества многолетней промышленной мощи, объединяя репутацию бренда производителя, его достижения в области технологических исследований и разработок, а также управления качеством, что значительно повышает конкурентоспособность продукции на рынке. При этом особое внимание уделяется экономии сырья и инвестициям в человеческий капитал для сохранения лидирующих позиций в области технологий производства. Германия выпустила ряд известных производителей датчиков, таких как Bosch, Siemens, WIKA, EPCOS, Pepperl+Fuchs, Balluff и Infineon.
4.Япония
Японская индустрия датчиков ориентирована на практичность и коммерциализацию, идя сначала по пути популяризации, а затем совершенствования, от внедрения, освоения, копирования до самостоятельного совершенствования конструкторских инноваций. В 1979 году Япония заняла первое место в списке «Технологии, заслуживающие внимания в следующем десятилетии». В 1990-х годах Японское агентство по науке и технологиям разработало научно-исследовательские проекты, включающие 70 ключевых тем, 18 из которых были тесно связаны с сенсорными технологиями. В 2013 году Япония опубликовала «Декларацию о создании самой передовой в мире ИТ-державы», поставив цель использовать датчики для обнаружения и ремонта 20% важной и устаревшей инфраструктуры Японии к 2020 году, а также разработать, проверить и коммерциализировать соответствующие сенсорные технологии и робототехнику для медицинского обслуживания и служб жизнеобеспечения. В 2022 году Япония и Великобритания объявили о совместной разработке сенсорных технологий для истребителей. В 2024 году Отделение полупроводников Японской ассоциации производителей электроники и информационных технологий представило правительству предложение о «Стратегии Японии в области полупроводников для укрепления международной конкурентоспособности», усилив поддержку развития памяти, датчиков и соответствующего производственного оборудования и материалов. Среди крупнейших японских производителей датчиков – DENSO, Omron, Canon, Asahi Kasei, Keyence, Yokogawa Electric, Murata, Yaskawa Electric и другие, занимающие лидирующие позиции в мире в области автомобильных и робототехнических МЭМС-систем.
5.Китай
Сенсорная индустрия в Китае зародилась в 1950-х годах. В 1986 году «Седьмой пятилетний план» включил сенсорные технологии в число ключевых национальных научно-исследовательских проектов, что положило начало этапу существенных исследований и разработок отечественных датчиков и дало начало опытному производству, массовому производству, инженерным исследованиям, исследованиям по индустриализации и крупномасштабному производству интеллектуальных датчиков в Китае. В 1990 году был выпущен первый практически применимый интеллектуальный датчик, разработанный с использованием технологии гибридной интеграции, что заложило основу для рыночного применения интеллектуальных датчиков. В 1999 году была первоначально разработана стандартная архитектура системы интеллектуальных датчиков, которая обозначила направление будущего развития отрасли. В 2000 году широкое распространение получила технология микроэлектромеханических систем (МЭМС), что дало важный импульс развитию интеллектуальных датчиков. В 2010 году была разработана стандартная архитектура системы интеллектуальных датчиков, что способствовало устойчивому развитию отечественной индустрии интеллектуальных датчиков. В 2021 году Министерство промышленности и информационных технологий включило компоненты датчиков в программу продвижения высокотехнологичной ключевой продукции. Министерство науки и технологий включило интеллектуальные датчики в ключевые специальные проекты Национального плана ключевых исследований и разработок «14-я пятилетка» и ежегодно выделяло бюджетные средства на поддержку исследований и разработок ключевых технологий интеллектуальных датчиков.
(III) Глобальные инновации в области интеллектуальных датчиков
Согласно патентным данным Zhihuiya, мировая индустрия интеллектуальных датчиков зарегистрировала более 1,6569 млн патентов на изобретения, при этом совокупный темп роста за последние пять лет превысил 10%. В 2023 году число зарегистрируемых в мире патентов на интеллектуальные датчики достигло 214 100, увеличившись на 19,25% по сравнению с предыдущим годом.
Судя по распределению совокупного числа выданных патентов на изобретения в мировой индустрии интеллектуальных датчиков, в Китае их 815 400, в США — 336 700, в Японии — 333 100, в Южной Корее — 47 600, а в Германии — 23 800. Количество выданных патентов на изобретения в пяти ведущих странах составляет более 90% от общего числа в мире, и эффект промышленной агломерации очевиден.
Судя по темпам роста числа выданных патентов на изобретения в области интеллектуальных датчиков в основных странах мира, в Китае к 2023 году этот показатель достигнет 28,19%, а среднегодовой темп роста за последние годы превысил 25%. В последние годы число выданных патентов на изобретения в области интеллектуальных датчиков в США также увеличилось, однако темпы роста значительно ниже, чем в Китае. В 2023 году годовой темп роста числа выданных патентов на изобретения в США составил всего 5,76%. В последние годы темп роста числа выданных патентов на изобретения в области интеллектуальных датчиков в Японии, Германии, Франции и других странах составил менее 5%.
(IV) Разработка глобальных продуктов для применения датчиков
Благодаря непрерывному развитию Интернета вещей, глобальной цифровизации и интеллектуальных технологий, применение интеллектуальных датчиков продолжает расширяться, а такие области будущего, как человекоподобные роботы, коммерческая аэрокосмическая промышленность и дистанционное зондирование, продолжают развиваться. Глобальные интеллектуальные датчики продолжают создавать инновационные приложения. Согласно исследованию «15 самых быстрорастущих и крупных датчиков», проведенному Twimbit, ведущим сингапурским стартапом в области исследований и консалтинга, биосенсоры, датчики изображения, RFID-датчики, акселерометры и датчики расхода входят в пятерку крупнейших рынков датчиков в мире с 2020 по 2023 год. Объем рынка только этих пяти датчиков достигнет 104,7 млрд долларов США к 2023 году.
Датчики расстояния (20,3%), датчики сбора энергии (20,1%), новые датчики (18,4%), датчики запахов (18,1%) и томографические датчики (17,2%) — это 15 датчиков с самыми высокими темпами роста в период с 2020 по 2023 год. В 2020 году выручка этих 15 быстрорастущих датчиков составила 52 млрд долларов США, а в 2023 году выручка этих 15 быстрорастущих датчиков достигла 79 млрд долларов США, при этом доля рынка увеличилась с 30,74% в 2020 году до 34,68% в 2023 году.
