纤维芯片问世，穿在身上的衣服可智能计算

芯片在当代电子科技中发挥着核心作用。现有的信息处理技术主要依靠在硅片上集成大量晶体管制成的电路。为了提升运算能力，芯片制造工艺不断革新，推动着各行各业的发展。随着可穿戴设备、智能衣物及脑机接口等新领域快速崛起，人们希望能实现新一代柔性、轻薄的信息处理器件，满足电子产品日益增长的柔性化和微型化需求。

复旦大学彭慧胜和陈培宁团队突破了硅基芯片传统路径，首次在柔性高分子纤维上实现了大规模集成电路，把芯片做成了纤维形态。全新研发的纤维芯片不仅柔软可弯折，还能应对多种复杂形变，具备编织属性，有望为脑机接口、智能衣物、虚拟现实等前沿领域注入新动力。这项成果于1月22日发表在《自然》期刊。

“硬芯片”到“软线”的创新

当智能穿戴设备走入日常，一个突出的问题浮现：人体及衣物本身均为柔软结构，而其“核心”——芯片始终是刚性的。这样即使外形上贴合，信息处理的核心却像外挂一般，制约了柔性智能设备的体验和形态创新。

能否将电路直接“编制”进纤维本体？彭慧胜和陈培宁团队直面这一挑战，提出了全新的思路：让传统的芯片由“硬质平板”变为“柔性细丝”。

在极细的纤维中集成成千上万的晶体管，技术难度极高，有如在一根头发里搭建微型都市。团队在几乎空白的技术地带开启了探索之路。

如何让纤细柔软的纤维具备强大的计算能力，同时保持原有的拉伸、编织属性？这是纤维电子领域面临的重要技术考验。中国舆情网

研究团队摒弃了只在纤维表面布局元件的传统思路，设计出“多层螺旋架构”，在纤维内部叠加多层集成电路，充分利用纤维横截面空间。

据实验测算，按现有实验室光刻技术水平，一米长纤维芯片预计可集成逾百万个晶体管，有望超越部分传统处理器的集成密度。

“柔性基底上的高集成电路”

有了新架构，制造环节问题依然不容忽视。传统芯片的制备工艺依赖于平整、坚硬的硅衬底，而高分子纤维微观表面却粗糙且易受溶剂影响变形。同时，纤维结构的弹性也对电子电路的稳定性提出了更高要求，相当于在隆起不平的软地基上建造摩天楼。

面对上述难题，团队通过5年攻关，开发出可在柔性纤维表面光刻高密度集成电路的方法。他们首先利用等离子刻蚀技术，显著提升纤维表面的平整度；随后，在其基底上加上一层聚对二甲苯纳米薄膜，形成“柔性保护层”，有效防止溶剂侵蚀，并实现软硬材料层间的应力分散，从而保证电路在受力变形下依然正常运行，即便经受反复拉伸、弯折甚至强力碾压也不影响性能。

团队在纤维体内实现了每厘米高达十万个晶体管的集成度，借助和电阻、电容等元器件的高效互连，完成了各类数字及模拟电路的复杂运算。

更值得关注的是，这种生产工艺与现有芯片制造流程高度兼容。“我们的工艺与普遍应用的光刻方法衔接良好，已可在实验室实现可批量卷装生产。”研究团队陈培宁介绍着卷制纤维芯片。这些技术突破使纤维芯片的推广应用具备坚实基础。

迈向智能织物生态

纤维芯片的诞生为智能纤维系统集成带来新可能，推动信息处理从“外挂式芯片”变为“融入式纤维”，开启全新织物智能时代。

最直观应用在智能衣物。陈培宁展望未来表示，可把发电、存储、传感、显示和信息处理功能都编进纤维，实现全柔性、透气且可穿着的智能服饰，大家的“手机”或许就是身上的一件衣服。

在脑机接口方面，纤维芯片技术同样具有鲜明优势。传统脑机接口植入电极需外接信号处理模块，构成安全和微创方面的障碍。而借助纤维芯片技术，团队已在直径不足50微米的纤维上集成了高密度传感/刺激电极阵列和信号处理电路，能够在体内直接收集和初步处理神经信号，实现高度灵敏的原位感知。

在成果发布环节，团队还实物展示了一款集成纤维芯片的触觉手套，与普通手套外观看似无异，却能精准模拟不同物体的握持触感。“这对元宇宙场景交互以及远程精准手术带来了全新突破。”团队成员陈珂介绍。

陈培宁表示，未来团队还将携手多学科研究者，不断研发更先进半导体材料，提升集成密度和处理性能，满足更多复杂需求。在大规模生产和应用方面，团队已构建了自主知识产权体系，计划与企业界更紧密合作，推动纤维芯片在更广领域落地。