第一财经

中国科学家全球首创“纤维芯片”,对现有芯片有何影响

该文章尚未提供 Français 解读,以下为中文版内容。

核心内容总结

复旦大学彭慧胜/陈培宁团队在《自然》发表新成果:首次在弹性高分子纤维内做出了大规模集成电路(叫“纤维芯片”)。它不像传统硅基芯片是硬邦邦的,而是像头发丝一样细、能打结、水洗、甚至被卡车压过还能用,信息处理能力和一些商用芯片相当。这个芯片不是要取代传统芯片,而是针对脑机接口、电子织物、虚拟现实等“需要柔性”的新兴场景,提供全柔性的信息处理方案,解决了过去纤维电子系统“硬芯片+软纤维”不兼容的痛点。未来还得提升性能、规模化生产,需要跨学科合作和产业支持。

详细解读

#### 1. 纤维芯片到底是个啥?和传统芯片有啥不一样?

传统芯片是硅做的,硬邦邦像小方块,得固定在电路板上;而纤维芯片是弹性高分子纤维做的(类似我们穿的衣服纤维材质),直径只有几十微米(比头发丝还细),用“多层旋叠架构”把电路一层层卷在纤维里。

它的特点是:① :能打结、弯曲到1毫米半径(差不多指甲盖厚度)、拉伸30%还能用;② 耐造:水洗、-20℃到60℃高低温、卡车碾压后照样工作;③ 能编织:可以像普通线一样织进衣服里。

但它不是“吊打”传统芯片——信息处理能力只和一些经典商用芯片相当,主要是补传统芯片的“短板”:传统芯片做不了的柔性场景。

#### 2. 为啥要费劲做纤维芯片?传统方案有啥问题?

过去的“智能纤维”(比如能发光的衣服、能测心率的手环里的线)有个大痛点:信息处理模块必须连硬质芯片。比如你穿一件智能衣服,衣服里的传感器要连个硬邦邦的芯片盒子,不仅硌得慌、不舒服,线还容易断(比如洗的时候)。

纤维芯片就是把“信息处理模块”直接做成纤维形态——相当于把芯片“揉进”线里,整个系统全是软的,解决了“硬芯片+软纤维”的矛盾。这样一来,智能衣服不用外接盒子,穿起来和普通衣服一样舒服,还更耐用。

#### 3. 纤维芯片能用来干啥?这些场景太酷了!

它的应用全是“柔性需求”的领域:

  • 脑机接口:一根纤维就能集成“传感(测神经信号)+处理(分析信号)+刺激(给大脑反馈)”,和脑组织的柔性差不多(不会伤脑子),采集的神经信号清晰度和商用设备一样。未来可能用来治疗癫痫、帕金森:把纤维植入大脑,实时监测神经信号,一旦异常就自动刺激纠正。
  • 电子织物:能织出“全柔性智能衣服”。比如一件T恤,不用连任何外接设备,就能显示动态图案(像手机屏幕一样),或者监测你的体温、呼吸,甚至当导航(衣服袖子上显示方向)。
  • VR触觉手套:现在VR手套里的传感器要连硬芯片,戴起来闷、不贴合皮肤,远程手术时没法精准感知触感。纤维芯片做的手套和普通手套一样软、透气,能精准采集手指的触觉信号,适合远程医疗手术(比如医生戴手套操作机器人,能感觉到病人身体的触感)。

#### 4. 纤维芯片做出来有多难?靠啥团队?

这个研究是跨学科“混搭”的结果:需要化学(做纤维材料)、电子(设计电路)、医学(脑机接口应用)、信息(编程)等多个学科。

复旦团队的优势是:① 多学科队伍:纤维电子研究院有化学、电子、医学的人一起干;② 全链条平台:从材料合成到芯片加工、中试(小批量试生产)都能自己做;③ 敢想敢干:第一作者之一是集成电路“小白”,反而没有思维定式——“传统芯片是硬的,那能不能做软的?”

比如他们从2020年开始攻关,一边做能显示的织物,一边同步研发纤维芯片,花了3年多才做出来。

#### 5. 未来还要做啥?离我们用得上还有多久?

现在纤维芯片还不是“成品”,还有很多提升空间:

提升性能:目前集成的电路密度还不够高,未来要换更好的半导体材料(比如二维材料),让它能处理更复杂的信息;② 规模化生产:现在是实验室做的样品,要量产还得优化工艺;③ 拓展应用:比如植入人体的医疗设备(比如心脏监测的纤维)、智能家纺(能自动调节温度的被子)。

团队已经有自主知识产权,正在找产业合作——估计再过几年,我们可能就能穿上“能自己处理信息”的智能衣服,或者戴上“和普通手套一样软”的VR手套了。

一句话总结

纤维芯片不是“取代”传统芯片,而是给我们的生活带来“更软、更贴身”的智能设备——比如能当手机用的衣服、能治脑病的柔性植入物,让科技变得更“温柔”。