中国科学家成功研发出全柔性纤维芯片

中国科学家成功研制出像头发丝一样细的纤维芯片，将计算机级别的处理能力植入可机洗的织物中。这些纤维芯片通过了包括反复弯曲、高温、机洗和重压在内的极端压力测试。

中国科学家研制出全柔性纤维芯片，在细如发丝的纤维中嵌入完整的电子电路。这项进展使电子纺织品更接近计算机和显示器的功能，同时保持柔软、可拉伸和可机洗的特性。据报道，这项突破来自上海复旦大学的一个研究团队。

在中国科学院彭慧胜的带领下，该团队十多年来一直致力于重新思考电子电路如何在刚性硅片之外存在。研究人员没有将平面芯片附着在织物上，而是构建了计算系统，使计算系统成为织物本身。

传统微芯片依赖于刚性的平面基板。复旦团队用能够承载完整电子电路的弹性基板取代了这种方法。然后，研究人员将这些基板卷成线状纤维，形成他们所谓的纤维集成电路。每根纤维的粗细大致相当于一根人的头发。尽管体积小，但纤维的晶体管密度达到了每厘米10万个。这一水平与用于传统处理器的超大规模集成电路行业标准相当。

在目前的实验室光刻技术限制下，这些纤维已经支持有意义的计算任务。一毫米纤维芯片可以集成数万个晶体管，使其信息处理能力相当于某些医疗植入芯片。延长纤维长度可显著提高计算能力。一米长的纤维可以集成数百万个晶体管，接近传统计算机中央处理器的规模。未来纳米级光刻技术的进步可以进一步提高集成密度。

与早期主要用于供电或传感的纤维电子产品不同，新型纤维作为完整的微计算机系统运行。每根纤维集成了电阻器、电容器、二极管和晶体管，并实现了高精度互联。该系统可处理数字和模拟信号，并支持用于图像识别任务的神经式计算，性能可与现代内存内图像处理器相媲美。

研究人员设计的纤维能够承受刚性芯片难以生存的环境。在测试中，纤维集成电路经受住了超过1万次的弯曲和磨损循环。它们可拉伸高达30%，每厘米可扭曲180度。纤维在超过100次洗涤循环后仍保持功能。它们能耐受高达100摄氏度的高温，并在15.6吨的集装箱卡车压缩下幸存。

这些成果使该团队能够将电源、传感、计算和显示功能集成到一根独立的纤维中。这消除了智能服装中对笨重外部芯片或布线的需求。过去十年中，该团队已经开发了30多种功能纤维器件。这些包括用于能量存储、发电、发光、显示和生物传感的纤维。研究人员现在已经在实验室展示了纤维芯片的早期可扩展制造。这表明现有的基础设施可以支持未来的大规模生产。

"这个完全灵活的系统为脑机接口、智能纺织品和虚拟现实可穿戴设备等尖端应用所需的交互模式铺平了道路。"该团队写道。

该研究发表在《自然》杂志上。

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