问题——柔性应用需求与“硬芯片”形态矛盾突出。
近年来,可穿戴设备、智能织物、康复辅助等应用快速发展,但多数系统仍依赖传统硅基平面工艺制成的硬质芯片进行计算与控制。
硬芯片与纤维材料在力学属性上天然不匹配:衣物、手套等载体在弯折、拉伸、扭转过程中易出现连接点应力集中,导致线路失效、佩戴体验下降,也限制了设备在长期运动、复杂形变环境中的稳定运行。
如何让信息处理单元从“块状硬件”走向“纤维化”,被认为是纤维电子领域实现规模化应用绕不开的关键环节。
原因——一维纤维结构难承载高密度集成,制造路径缺乏先例。
芯片的信息处理能力依赖大量晶体管、电阻、电容等元件的高密度互连。
传统集成电路在平面硅基衬底上借助光刻技术发展壮大,而纤维具有曲面结构、表面积有限的先天约束:以厘米长度计的可用面积远小于常见芯片平面,难以在纤维表面堆叠足够数量的器件,从而实现有效计算。
同时,将高密度电路嵌入柔软、弹性的高分子材料内部,既涉及微纳尺度加工与层间互连,也要兼顾材料在形变条件下的可靠性,对结构设计与工艺集成都提出更高要求。
影响——多层旋叠架构提升集成能力,拓展纤维电子系统边界。
该研究提出多层旋叠架构思路,不再局限于“只用纤维表面”,而是利用纤维内部空间构建多层电路,并以螺旋式方式旋叠形成更高的集成密度。
研究团队表示,基于实验结果推算,在实验室级约1微米的光刻精度条件下,长度1毫米的纤维集成电路可集成数万个晶体管,信息处理能力可与部分医用植入芯片相当。
与此同时,纤维形态带来的柔软性与可编织性,使其在可穿戴场景中具备更好的贴合度与形变适应性,有望从器件层面提升穿戴舒适性与系统稳定性,为“像织布一样制造电子系统”提供关键支点。
对策——面向应用落地需补齐可靠性与系统集成等关键环节。
业内人士指出,从实验室验证走向应用,还需在多个方面持续突破:一是强化长期可靠性评估,重点验证在反复拉伸、扭转、汗液或潮湿环境等条件下的性能漂移与失效机制,形成可量化的寿命指标;二是完善与传感、显示、储能、通信等纤维器件的协同集成,建立稳定的纤维电子系统架构与接口标准,减少对外部硬质连接的依赖;三是推动工艺与制造可扩展性,提升一致性与良率,探索适配纺织与卷对卷制造的产业化路径;四是针对不同应用场景建立安全与合规框架,特别是在医疗健康、脑机接口等领域,需同步推进生物相容性、数据安全与伦理规范研究。
前景——有望带动新型可穿戴计算形态与产业链协同创新。
随着虚拟现实、智能康复、运动监测等需求增长,计算单元向柔性化、分布式、贴身化演进成为趋势。
纤维集成电路若能在制造、封装、系统集成层面实现可持续迭代,未来或可与电子织物、柔性传感网络结合,形成“可穿、可洗、可长期使用”的智能纺织品;在医疗健康方向,纤维化的信息处理器件也可能为更温和、更贴合人体的植入或贴附式设备提供技术储备。
更重要的是,这一方向把材料、微纳制造、集成电路与纺织工艺进一步打通,可能催生跨学科协同的新型创新链条。
从蚕丝到光纤,从织布机到生物芯片,纤维始终承载着人类技术文明演进的密码。
复旦大学这项突破不仅开辟了电子技术新赛道,更启示我们:面向未来的科技创新,既需要十年磨一剑的定力,更要具备跳出固有范式的勇气。
当中国科学家在微观世界编织出这条"智慧之线",其意义早已超越技术本身,正在为全球科技发展标注新的东方坐标。