18世紀(jì)，次工業(yè)革命起源于英國，以機械化為特征。當(dāng)時先有蒸汽機，隨著技術(shù)和性能的不斷提高，大機器生產(chǎn)取代手工勞動，整個世界開始機械化。進(jìn)而，生產(chǎn)力得到解放和發(fā)展，出現(xiàn)擁有資產(chǎn)的階層，改變了世界的面貌；勞動力從農(nóng)村走向城市，開始了城市化的進(jìn)程。

19世紀(jì)，第二次工業(yè)革命，以電氣化為特征。由于在實驗室里面發(fā)現(xiàn)電磁學(xué)規(guī)律，從而發(fā)明了電動機和發(fā)電機。當(dāng)時，美德兩國處于地位，電力的廣泛應(yīng)用及石油的大量開采，將科學(xué)技術(shù)成就循序運用到生產(chǎn)中，推動了世界經(jīng)濟的迅速增長，進(jìn)一步改變了人民的生活方式；壟斷資本影響國家和世界的政治和經(jīng)濟生活；加強了世界聯(lián)系，同時帶來了環(huán)境污染。

舉個例子，現(xiàn)在集成電路發(fā)展非常困難，尺寸越來越小，摩爾定律接近臨界，將來可能就要研究自旋電子學(xué)。自旋電子器件高速度、低功耗，可實現(xiàn)更高集成度，還能融合光、電、磁，實現(xiàn)存儲、計算、傳感為一體的器件，從而實現(xiàn)更高速的集成電路。

信息、生物、材料、能源、環(huán)境等領(lǐng)域的一些重大突破已出現(xiàn)萌芽，很多思想、理念、技術(shù)都會發(fā)生大的躍變。人類進(jìn)入后IT時代，迎接智能時代。

所以次工業(yè)革命是機械化，第二次工業(yè)革命是電氣化，第三次工業(yè)革命是信息化，第四次工業(yè)革命總趨勢就是智能化。它的特點就是智慧融入物理的實體系統(tǒng)里面，簡稱智慧融物。現(xiàn)在第四次工業(yè)革命有以下三個特征：信息科學(xué)技術(shù)在物理數(shù)學(xué)生物基礎(chǔ)上進(jìn)一步提升；多領(lǐng)域發(fā)現(xiàn)和發(fā)明多軌并行、交叉推動；信息科學(xué)技術(shù)和多領(lǐng)域科學(xué)技術(shù)深度融合，將信息滲透到各個領(lǐng)域，由此用信息技術(shù)提升能級。

新工業(yè)革命的技術(shù)態(tài)勢有六個方面：個，智能化分布式新能源系統(tǒng)、能源互聯(lián)網(wǎng)；第二個，智能化復(fù)雜體系、人工智能、智慧城市；第三個，智能化制造技術(shù)、材料、制造；第四個，智能化診斷、修復(fù)技術(shù)、智慧醫(yī)療；第五個，傳統(tǒng)工業(yè)的智能化升級；第六個，互聯(lián)網(wǎng)、傳感器、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)。

迎接智能時代

第二個就是要智慧識別，識別就是要分析，相當(dāng)于我們的腦子。這里面要靠大數(shù)據(jù)的分析，大數(shù)據(jù)的分析有兩個方面，一個是文本大數(shù)據(jù)，是現(xiàn)成的，另一個是物理大數(shù)據(jù)，是通過測量得到的，比如天氣預(yù)報，我們?nèi)梭w看B超，做CT， 要更加注重物理過程的規(guī)律、模型、方法。通過規(guī)律發(fā)現(xiàn)規(guī)律，事半功倍。

第三個就是要自動反應(yīng)?，F(xiàn)如今我們有基礎(chǔ)信息平臺，有互聯(lián)網(wǎng)，有物聯(lián)網(wǎng)，有集成電路，有芯片技術(shù)，有通訊技術(shù)5G的技術(shù)，能大大提高自動反應(yīng)。

例如，一個打乒乓球的機器人，是典型的智能化系統(tǒng)，因為首先它看得見乒乓球，這是動態(tài)感知，第二個它要算這個乒乓球彈起來怎么樣，第三個是它反應(yīng)，把它打回去，在智能化的系統(tǒng)中，一個是人工智能，一個是智慧地球。人工智能在工業(yè)上已經(jīng)用得非常普遍。

德國慕尼黑的寶馬工廠里，有5000個人，里面1000個是機器人。在智慧地球里面，包括智慧空天海地、智慧能源環(huán)境、智能制造等。“智慧地球 = 互聯(lián)網(wǎng)+物聯(lián)網(wǎng)"，這是IBM總裁的定義。溫總理在無錫有一段講話，“把所有通過物品，通過信息傳感的設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來進(jìn)行智能化處理，這個就是物聯(lián)網(wǎng)了。"

首先是傳感器，就是一個器件，它是代替我們?nèi)说难劬?、鼻子、耳朵，把光聲熱電子生物過程變成電。比如光電傳感器來說，非常重視基礎(chǔ)研究，它提供方法、手段、模型、理論。既然是不同運動形式的器件，我們需要發(fā)現(xiàn)其規(guī)律，進(jìn)行在技術(shù)上提高、實現(xiàn)，從而做成了傳感器，這個就發(fā)展了光電芯片技術(shù)。

另外，用不同波段探測器，可以看到不同信息。因為不同的波段有不同的特征，所以要做不同波段的探測器。比如短波紅外，可見光和近紅外，都有不同的用處?，F(xiàn)在照相機是可見光的，如果能發(fā)現(xiàn)規(guī)律，能做出不同波段的探測器，其應(yīng)用面將非常寬廣。

波長再長就是太赫茲（THz），其應(yīng)用面很廣，包括地垢油的監(jiān)測，醫(yī)學(xué)二維成像，安全（爆炸物探測），雷達(dá)建模等。這里面有核心技術(shù)，比如說要做特殊靈敏的探測器、非夲征Ge光電探測器，場效應(yīng)晶體管探測器，肖特基勢壘探測器等等。

我們最近發(fā)現(xiàn)一個新現(xiàn)象：窄禁帶半導(dǎo)體MSM結(jié)構(gòu)與THz光場相互作用，外部電磁波(光子)入射到器件上，將在半導(dǎo)體材料中誘導(dǎo)勢阱，從而束縛來自于金屬中的載流子，使得材料中載流子濃度發(fā)生改變，出現(xiàn)載流子集聚。

紅外，不僅可以在黑暗里面看清圖象，同時還能看到溫度分布。我們可以用鐵電薄膜、氧化釩等，制造室溫工作的紅外探測器，根據(jù)科學(xué)道理，分析不同溫度的物體，以及對外輻射的能量分布。這也是現(xiàn)在疫情期間，經(jīng)常用來探測體溫的。

再比如說火情監(jiān)控，可以通過固定式紅外監(jiān)控系統(tǒng)、機載紅外火情預(yù)警、紅外衛(wèi)星等紅外探測技術(shù)，及時準(zhǔn)確地穿透煙霧，發(fā)現(xiàn)火點以及火場被困人員。

智能時代背景下光電傳感器需求，有以下幾點：少光子、單光子、光子數(shù)可分辨紅外探測器；超大規(guī)模焦平面列陣器件；不同波段光電器件；多波段融合光電器件；室溫工作紅外焦平面器件；新型讀出方式焦平面器件。要清楚材料器件結(jié)構(gòu)中物理過程，并能精細(xì)描述和控制，從而提升技術(shù)水平并達(dá)成創(chuàng)新。

因此，傳感器是智能化系統(tǒng)一個非常重要的核心技術(shù)。發(fā)展高性能的傳感器芯片非常重要，用更低的成本，實現(xiàn)更快的速度，更智能化的應(yīng)用。有了好的傳感器，就能握緊核心技術(shù)，再通過互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)，把傳感的信息傳出去加以分析，進(jìn)而達(dá)成多功能集成化、無線通信化、柔性化、微型化。

現(xiàn)在新工業(yè)革命對制造業(yè)也會有一些影響，首先，工業(yè)革命總是與科技革命相伴而生，制造業(yè)也逐漸從傳統(tǒng)邁向智能化時代，因為隨著工業(yè)機器人、3D打印、數(shù)字化工廠的出現(xiàn)，取代了人工，使勞動力成本占總成本的比例不斷減小，使我國很多制造行業(yè)面臨生存危機，但也促進(jìn)了人工智能機器人的發(fā)展。而且將來網(wǎng)絡(luò)共享的經(jīng)濟模式會出現(xiàn)分布生產(chǎn)模式，智慧工廠和互聯(lián)網(wǎng)工廠。

與此同時，也會提倡低碳化、綠色的生產(chǎn)與生活方式，突破一些關(guān)鍵技術(shù)，其中包括可再生能源技術(shù)、儲能技術(shù)、智能電網(wǎng)技術(shù)、新能源技術(shù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)這些普遍的技術(shù)，還包括很多特殊的技術(shù)、傳感的技術(shù)、分析的技術(shù)等等。

制造業(yè)轉(zhuǎn)化的趨勢，有以下五點：原來主要是靠資源和投資驅(qū)動的，現(xiàn)在靠技術(shù)進(jìn)步。原來是生產(chǎn)能力的擴張，現(xiàn)在是技術(shù)能力的積累。原來是生產(chǎn)型的制造，向服務(wù)型的制造發(fā)展。原來是處在制造業(yè)價值鏈的低端向價值鏈的發(fā)展。原來是擠壓環(huán)境，現(xiàn)在是對環(huán)境友好。

培育創(chuàng)新能力

培育創(chuàng)新能力，對于一個單位、科學(xué)家、工程師、學(xué)生都是重要的，關(guān)鍵是人。要遵循客觀規(guī)律，尤其是發(fā)現(xiàn)規(guī)律，開發(fā)技術(shù)，實際應(yīng)用特別重要，要把關(guān)系處理好；第二要修煉內(nèi)在的素質(zhì)，勤奮，有好奇心，有創(chuàng)新精神，要漸進(jìn)，不要浮躁，有遠(yuǎn)大志向；第三要凝聚驅(qū)動的力量，驅(qū)動的力量非常重要的是興趣，要有興趣來做這件事，只有產(chǎn)生興趣才能做得；第四要有責(zé)任的驅(qū)動，我們是人，有精神的驅(qū)動，責(zé)任的驅(qū)動；最后要培養(yǎng)一種的精神，就是精益求精，一絲不茍。

結(jié)語

每一位院士都是中國科學(xué)界的棟梁，中國科技領(lǐng)域的，對科學(xué)技術(shù)的發(fā)展有著高屋建瓴的見解，也者我們國家科學(xué)的發(fā)展方向。

從褚君浩院士的報告中，多次強調(diào)傳感器在第四次工業(yè)革命中的重要作用，也是中國邁入智能時代的核心技術(shù)。然而我國傳感器產(chǎn)業(yè)羸弱，核心技術(shù)掌握不多，是整個中國傳感器產(chǎn)業(yè)亟需改變的現(xiàn)狀。