问题:芯片是现代信息社会的关键底座,但长期以来,高密度集成电路主要依托硅基衬底与平面光刻体系实现。
随着可穿戴设备、智能医疗与沉浸式交互加速发展,电子系统需要像织物一样柔软、可弯折、可拉伸并能长期稳定工作。
然而现实中,很多柔性方案仍依赖“硬处理器+软传感器”的拼接模式:传感端可以柔软贴肤,信号处理与供能模块却往往是块状硬件,导致佩戴不适、贴合度不足、系统集成复杂,进一步制约了电子织物、贴肤触觉接口、微创植入等场景的规模化落地。
原因:要把“信息处理能力”真正做进纤维,难点不只在材料柔性,更在于如何在曲面且可形变的微尺度空间内实现高密度器件阵列、可靠互连与稳定封装。
传统思路多停留在纤维表面做功能化涂层或器件贴附,受限于可用面积和互连复杂度,难以形成类似芯片的系统级集成。
复旦团队提出的关键突破,在于跳出“只用纤维表面”的惯性设计,转向最大化利用纤维内部空间:通过多层旋叠架构在纤维内构建多层集成电路并形成螺旋式堆叠,使纤维从“载体”转变为“电路本体”,在柔软形态下实现晶体管等元件的高密度集成与互连,从而具备数字、模拟电路运算等信息处理能力。
影响:据介绍,“纤维芯片”中电子元件集成密度达到每厘米10万个数量级,并可实现高效互连与电路运算功能。
更值得关注的是其环境与机械可靠性:在弯曲、拉伸、扭曲等复杂形变下仍能工作,且在水洗、高低温等条件变化甚至外力碾压后保持性能稳定。
这种“可织、可穿、可洗、可用”的特征,使其从实验室概念走向应用想象空间。
研究还给出了集成能力的可扩展判断:以实验室级1微米光刻精度估算,1毫米长度纤维可集成约1万个晶体管,信息处理能力可对标部分植入式医疗芯片;若长度扩展至1米,晶体管数量有望迈向百万级,逼近部分经典计算机中央处理器的集成量级。
尽管这仍是推算与路线图式展望,但它为“纤维尺度的系统级计算”提供了可量化的方向。
对策:从产业化视角看,柔性电子真正走向规模应用,离不开工艺可复制与制造可兼容。
研究团队强调,其制备方法与现有芯片产业的成熟光刻工艺具备有效兼容性,并通过原型装置与标准化流程设计,初步实现“纤维芯片”的可规模化制备。
这一思路意味着:不是另起炉灶建立完全不同的制造体系,而是尽可能让新形态器件在既有工艺生态中“接得上、做得出、控得住”。
下一步仍需在良率控制、长周期可靠性评估、纤维间连接与系统封装、以及面向具体应用的标准与测试体系等方面持续攻关,推动从“样品”走向“产品”。
前景:在应用端,“纤维芯片”为纤维电子系统集成提供了新的范式——把供电、传感、显示、信号处理等功能在单根纤维上走向一体化,为“无需外接控制或供能模块的纤维系统”提供可能。
在脑机接口方向,传统电极往往需要连接硬质信号处理模块,影响微创化与长期佩戴体验。
若能在发丝般纤维内实现“传感—信号处理—刺激输出”的闭环,有望推动更轻量、更贴合、更低侵入的接口方案探索。
在电子织物方向,行业长期痛点是“织物柔软”与“系统智能”难以同时实现:传感纤维易做,但缺少织物内部的有源驱动与处理能力。
若纤维本身具备有源电路与驱动能力,可直接编织形成柔软、透气、可动态显示的织物系统,推动智能服装从功能叠加走向系统内生。
在虚拟现实与触觉交互方向,现有触觉设备的硬质模块影响与皮肤贴合,难以精细采集与输出。
基于“纤维芯片”的智能触觉手套若能实现高密度传感与刺激阵列,并维持织物般的舒适性,有望服务于远程医疗机器人手术的触觉感知、虚拟道具交互等对“细腻触感”要求更高的场景,提升沉浸感与操作精度。
"纤维芯片"的成功研发标志着集成电路技术实现了从平面向立体、从刚性向柔性的重要转变。
这一创新不仅突破了传统硅基芯片的物理限制,更为柔性电子、可穿戴设备、生物医疗等新兴产业的发展开启了新的可能性。
随着后续研究的深入和技术的完善,"纤维芯片"有望在未来十年内实现从实验室到产业应用的转化,推动电子信息产业迎来新一轮的技术革命。
这充分体现了我国科研工作者在前沿基础研究领域的创新能力和国际竞争力,也预示着中国芯片产业在新赛道上的广阔前景。