Тенденции развития индустрии интеллектуальных датчиков
2025-07-22
(I) Тенденция развития масштабов отрасли
С ускорением трансграничной интеграции глобальных информационных технологий и наступлением эпохи интеллектуального взаимодействия всех вещей, 5G, искусственного интеллекта и постоянным внедрением приложений Интернета вещей, датчики как важное средство взаимодействия с внешней средой и основной источник информации для восприятия открывают новые возможности развития. Поддержка политики интеллектуального производства и политики в области интеллектуальных датчиков в различных странах, развитие технологий микроэлектромеханических систем (МЭМС), технологий беспроводной связи, алгоритмов искусственного интеллекта и машинного обучения, а также таких рыночных приложений, как промышленная автоматизация, умные дома, интеллектуальный транспорт, здравоохранение и Интернет вещей, приведет к быстрому развитию отрасли интеллектуальных датчиков. В сочетании с мнением Центра исследований новой мировой промышленности предполагается, что в 2024 году объем мирового рынка интеллектуальных датчиков достигнет 52,04 млрд долларов США, а к 2028 году объем мирового рынка интеллектуальных датчиков превысит 80 млрд долларов США, а совокупный среднегодовой темп роста (CAGR) с 2024 по 2028 год превысит 12%.
(II) Тенденции развития базовых технологий
Технология интеллектуальных датчиков – это типичная междисциплинарная область, охватывающая технологии автоматического управления, микроэлектронику, коммуникационные технологии, информатику и физику. С момента своего появления датчики прошли путь от неинтегрированной реализации к гибридной и интегрированной реализации. В XXI веке, с развитием технологий МЭМС, низкоэнергетических аналоговых и цифровых схем, низкоэнергетических беспроводных радиочастотных (РЧ) технологий и технологий программного обеспечения, была обеспечена быстрая итерация и разработка технологий и модулей, связанных с интеллектуальными датчиками, таких как сенсорные блоки/чувствительные материалы, производственные процессы, устройства хранения данных, микропроцессоры и коммуникационные модули, а также ускорилась итерация продуктов и функций интеллектуальных датчиков. Что касается коммуникационных модулей, будущие интеллектуальные датчики могут интегрировать такие технологии, как 6G, беспроводная связь и спутниковое соединение. Что касается микропроцессоров, будущие интеллектуальные датчики могут интегрировать такие технологии, как беспроводные микроконтроллеры, гетерогенные вычисления, периферийный интеллект и фотонные технологии. С точки зрения производственных процессов, будущие интеллектуальные датчики могут интегрировать передовые МЭМС, микро-нанотехнологии и передовые процессы упаковки. Что касается сенсорных блоков/чувствительных материалов, будущие интеллектуальные датчики могут включать в себя передовые технологии, такие как квантовые датчики, сверхпроводящие датчики и электроэнцефалографические датчики. Благодаря постоянному появлению новых технологий, таких как коммуникации, микрообработка, хранение данных, производственные процессы и сенсорные материалы, станет возможной разработка микроинтеллектуальных датчиков с малыми размерами, низкой стоимостью, низким энергопотреблением, высокой производительностью, высоким уровнем интеллекта, высокой точностью, высокой чувствительностью, высокой надежностью и высокой стабильностью.
(III) Направление разработки продукта
01 Высокая точность, высокая чувствительность, высокоскоростной отклик
С непрерывным развитием автоматизации и интеллектуального производства измерительных и управляющих систем, постоянным совершенствованием требований к информационному взаимодействию датчиков в эпоху Интернета всего и Интернета всего, а также развитием будущих высокотехнологичных областей, требования к интеллектуальным датчикам также постоянно растут. В будущем интеллектуальные датчики должны обладать такими характеристиками, как высокая чувствительность, высокая точность, высокая скорость отклика и хорошая взаимозаменяемость. Во-первых, потребности научных исследований и технологических разработок диктуют необходимость в датчиках высокой точности, высокой чувствительности и высокоскоростного отклика. В фундаментальных научных исследованиях, таких как исследования в области квантовой механики, датчики необходимы для обнаружения изменений в микроскопическом мире и понимания микроскопических законов. Передовые производственные технологии, такие как производство полупроводников, требуют высокой точности и чувствительности датчиков для обеспечения качества продукции. Во-вторых, модернизация сценариев применения в различных отраслях промышленности требует высокоточных, высокочувствительных и высокоскоростных датчиков. В промышленной автоматизации датчики необходимы для мониторинга производственных параметров в режиме реального времени для повышения эффективности и качества продукции, например, в автомобилестроении и механической обработке. В области здравоохранения их точность, чувствительность и время отклика связаны с безопасностью пациентов, например, при мониторинге уровня сахара в крови и медицинской визуализации. Мониторинг окружающей среды требует точного измерения загрязняющих веществ и других параметров для обеспечения безопасности окружающей среды и питьевой воды. В аэрокосмической отрасли датчики необходимы для обеспечения безопасной эксплуатации самолетов в экстремальных условиях. В-третьих, для решения сложных и экстремальных экологических задач требуются высокоточные, высокочувствительные и быстродействующие датчики. В сложных рабочих условиях, таких как высокая температура и высокое давление, окружающая среда легко создает помехи для датчика, поэтому точность и чувствительность необходимо повысить для обеспечения точных измерений. В экстремальных условиях, таких как полярные регионы, глубоководные районы и исследование космоса, датчики должны иметь более высокую производительность для правильной работы.
02 Высокая стабильность и надежность
С развитием научно-технических инноваций всё больше датчиков будут использоваться в интеллектуальных сетевых транспортных средствах высокого уровня, прецизионной промышленной автоматизации, коммерческой аэрокосмической отрасли, гуманоидных роботах, глубоководном оборудовании и других высокотехнологичных областях. Требования к интеллектуальным датчикам достигнут уровня автомобильных, военных, аэрокосмических и даже научно-исследовательских, а требования к стабильности и надёжности интеллектуальных датчиков будут значительно выше, чем у традиционных потребительских датчиков.
03Миниатюризация, гибкость и многофункциональная интеграция
Благодаря постоянному развитию микроэлектромеханических систем (МЭМС) и нанотехнологий, датчики развиваются в направлении миниатюризации и нанотехнологий. Микродатчики используют технологию микрообработки для инкапсуляции чувствительных элементов, сигнальных процессоров и устройств обработки данных микронного уровня на кристалле, что обеспечивает преимущества компактности, низкой стоимости и простоты интеграции. Наносенсоры имеют меньшие размеры и могут использоваться в более широком спектре областей. Миниатюризация и нанотехнологии позволяют более гибко встраивать датчики в различные устройства, повышать уровень интеллектуальности оборудования и снижать общие затраты.
Гибкие датчики — важное направление развития датчиков будущего. Гибкие датчики могут быть тонкими, как волос, эластичными, не требовать питания и способны бесконтактно измерять температуру, давление, натяжение, напряжение и т. д. Такие гибкие датчики могут широко использоваться в медицине, умных носимых устройствах, человеко-машинном взаимодействии и других областях. В будущем датчики перестанут ограничиваться одной функцией, а будут развиваться в направлении интеграции и многофункциональности. Благодаря интеграции нескольких чувствительных элементов и процессоров, датчики смогут одновременно измерять несколько физических величин или достигать более точных измерений и управления за счет объединения с другими датчиками. Многофункциональная интеграция позволяет реализовать описание данных сцены в условиях многомерного взаимодействия, повышая производительность и эффективность датчиков.
04Цифровизация, интеллект, беспроводная связь
В цифровую эпоху будут широко использоваться цифровые интеллектуальные датчики, такие как память, процессоры и т. д. Цифровизация позволяет достичь таких характеристик интеллектуальных датчиков, как компенсация ошибок, автоматическое обнаружение и логическое суждение, а также имеет уникальную метку для собранных данных, устраняя влияние человеческого фактора и повышая практичность и точность интеллектуальных датчиков.
Датчики постепенно становятся интеллектуальными, и некоторые простые решения и вычисления выполняются внутренними процессорами, что снижает зависимость от внешних вычислительных ресурсов. Интеллектуальные датчики могут автоматически калиброваться, автоматически выбирать диапазоны, автоматически компенсировать и т. д., что повышает точность и надежность измерений. Интеллектуальные технологии делают датчики не только сборщиками данных, но и обработчиками и аналитиками данных, обеспечивая более эффективную поддержку интеллектуального управления оборудованием.
С развитием технологий беспроводной связи широкое развитие получили беспроводные сенсорные сети. Беспроводные датчики могут отслеживать и собирать информацию о различных средах или контролируемых объектах в режиме реального времени, а также передавать эту информацию в центр обработки данных по беспроводной связи для обработки и анализа. Беспроводные и сетевые технологии делают развертывание датчиков более гибким, снижают затраты на подключение и повышают надежность передачи данных в режиме реального времени, что имеет большое значение для мониторинга окружающей среды, умного дома, умного транспорта и других областей.
05 Экологичность, экологичность, низкое энергопотребление
В условиях глобальной тенденции к экологичности, экологичности и энергосбережению, защита окружающей среды и низкое энергопотребление станут факторами, которые нельзя игнорировать. В будущем при разработке интеллектуальных датчиков будет уделяться больше внимания использованию экологически чистых материалов, маломощным схемам, производственным процессам, интегрированным технологиям и другим концепциям и технологиям, которые позволят снизить энергопотребление и объем датчиков, а также реализовать экологичные, экологичные и энергосберегающие решения. С точки зрения спроса на энергию и окружающую среду, глобальная проблема дефицита энергии стоит остро, и датчики широко используются в больших количествах. Снижение их энергопотребления может снизить потребление энергии и способствовать устойчивому развитию. Во-вторых, с точки зрения расширения сфер применения, в таких областях, как Интернет вещей, умные города, промышленная автоматизация и т.д., наблюдается рост числа распределенных и удаленных приложений. Датчики с низким энергопотреблением могут снизить зависимость от внешних источников питания, использовать технологию сбора энергии для использования энергии окружающей среды и упростить развертывание в удаленных районах или местах со сложными условиями прокладки кабелей, снижая затраты на установку и обслуживание. Кроме того, с развитием мобильных портативных устройств, таких как смартфоны и носимые устройства, предъявляются строгие требования к энергопотреблению датчиков. Экологичные, экологически чистые и маломощные датчики могут обеспечить длительное время автономной работы и улучшить пользовательский опыт. Наконец, технологический прогресс также способствует переходу датчиков на экологичные, экологически чистые и маломощные. Достижения в области производства микросхем сделали микросхемы более интегрированными, компактными и энергоэффективными, что создает техническую основу для разработки маломощных датчиков. В то же время постоянно появляются новые материалы и технологии, такие как электронные компоненты с низким энергопотреблением, новые батареи и энергосберегающие технологии, такие как спящий режим и динамическое управление питанием, что открывает больше вариантов и возможностей для проектирования экологичных, безопасных для окружающей среды и маломощных датчиков.
