问题——电子信息处理能力是智能穿戴、沉浸式交互与植入式医疗的核心支撑,但长期以来芯片形态以硬质块体为主,通常需要固定在电路板上使用。
硬芯片在与人体组织、衣物等柔性载体结合时,往往存在舒适性不足、可靠性受限、连接复杂等问题,难以满足“贴身、可弯曲、可水洗、可长期稳定工作”的应用需求。
如何让信息处理从“硬板上的芯片”走向“可织入的芯片”,成为柔性电子迈向实用化的关键瓶颈之一。
原因——要把芯片直接“做进纤维里”,难点集中在两方面:其一,纤维表面为曲面且尺度有限,传统平面光刻与器件集成方法难以直接迁移;其二,柔性纤维在弯折、拉伸、打结以及洗涤等过程中会承受复杂应力,器件结构、材料与制程必须同时兼顾高密度集成与机械可靠性。
复旦大学彭慧胜、陈培宁团队围绕上述难题提出“多层旋叠架构”,在纤维内部以“层层叠建”的方式构建电路,提升空间利用率;并通过工艺手段降低纤维表面粗糙度、引入保护层以抵御制程溶剂与形变损伤,使其与成熟光刻流程更好兼容。
研究表明,在历经多年积累与持续攻关后,团队实现了在弹性高分子纤维中高密度集成晶体管,为纤维内集成电路提供了可复制的技术路线。
影响——此次成果的直接意义在于,芯片形态从“硬质块体”拓展到“柔软纤维”,为构建“全柔性”电子系统提供了新的工程选项。
据介绍,该“纤维芯片”在单位长度上可实现高密度器件集成,信息处理能力达到一定商用植入式医疗芯片水平,并在弯曲、拉伸、打结以及水洗、温度变化等条件下保持稳定表现。
更重要的是,它为电子织物从“能发光、能储能、能感知”迈向“能处理信息”补齐关键环节:研究团队已在单根纤维上实现供电、传感、显示与信息处理的协同集成,展示出无需外接硬质芯片或外置电源的交互效果。
这种“像纱线一样工作”的电子单元,有望降低柔性系统的外部连接复杂度,提高长期佩戴或植入场景的可靠性。
对策——从产业化与应用落地看,下一阶段需要在标准化、规模化与安全性验证上同步推进:一是围绕材料体系、器件结构与制程窗口建立稳定可控的工艺规范,形成可规模复制的制造能力;二是加强在水洗耐久、汗液腐蚀、皮肤接触与长期疲劳等真实使用条件下的系统级验证,完善质量与可靠性评价体系;三是在医疗植入、脑机接口等方向严格开展生物相容性、稳定性与安全性评估,并推动与临床需求对接;四是促进产学研协同,围绕智能纺织、可穿戴医疗、沉浸式交互等重点场景开展试点示范,形成“技术—产品—应用”闭环。
该研究获得国家自然科学基金委、科技部、上海市科委等项目支持,也反映出对原创性前沿技术持续投入的重要性。
前景——随着柔性电子、先进材料与微纳加工技术的交叉融合,“可织入的信息处理单元”有望成为新一代可穿戴与智能纺织的重要底座。
在消费领域,轻薄透气、可洗涤的交互织物将拓展运动健康监测、应急通信、沉浸式娱乐等应用边界;在工业与公共安全领域,具备分布式感知与本地计算能力的织物系统可用于高危作业防护与环境监测;在医疗方向,若能将检测、处理乃至刺激功能更紧密地集成在更细、更柔软的纤维系统中,有望推动神经信号采集与闭环调控等技术路径的演进。
总体看,这一成果为“柔性载体上实现复杂计算”的技术路线提供了新的可行方案,也为相关新兴产业的迭代升级打开想象空间。
"纤维芯片"的问世标志着电子信息技术向更深层次的材料形态和应用维度的拓展。
从硬到软、从块状到纤维的转变,看似简单的形态改变,实则凝聚了材料科学、微电子工艺、纤维工程等多领域的深度融合。
这一成果不仅为我国在前沿芯片技术领域占据新的制高点,更预示着未来人类与信息技术的交互方式将发生根本性变革。
随着进一步的应用开发和产业化推进,柔性电子织物有望在医疗健康、人机交互、智能穿戴等领域带来革命性的改变,为建设科技强国、制造强国作出新的贡献。