纤维里塞进一台电脑 复旦团队发布超薄“纤维芯片”

想象一下，你穿着一件手感与普通衣物无异的衬衫，却能实时获取自身健康和周围环境数据，衣服还能自动加热或降温，甚至在你旅行途中为你推送本地交通、餐厅和景点信息。再往前一步，同样的纤维还能用于治疗神经系统疾病，或在远程手术中为医生提供触觉反馈，这些都正在成为现实。

中国上海复旦大学的研究团队日前宣布，他们已在比人类头发还要细的柔性纤维内部，构建出复杂电子电路，打造出一种被称为“纤维芯片”的超细计算线程，相关成果已发表于《自然》期刊。团队介绍，这项技术研发历时十余年，目标是为可穿戴设备、智能纺织品以及新一代脑机接口提供真正柔性、可大规模量产的计算与感知平台。

智能纤维并非首次出现，科研界多年来一直尝试将导电与感知功能嵌入织物，实现更隐形、更自然的人机交互。然而，如何在如棉纱般细小的空间内塞进复杂电子元件，一直是技术瓶颈之一；同时，传统芯片虽然在尺寸上不断缩小，但其平面、刚性的结构与柔软织物之间存在天然冲突，很难做到真正“像布一样”弯折和扭转。

为突破这一限制，复旦团队摒弃了将电子元件“贴”在纺织品表面的思路，而是采用层叠和螺旋绕制结构，在超细纤维内部构建立体电路。在这种架构下，研究人员在仅1毫米长度的纤维中集成了约1万只晶体管，使其处理能力大致相当于一枚心脏起搏器所用的芯片。团队指出，如果将这种纤维延长至1米（约3.3英尺），就有望容纳数百万只晶体管，整体算力可以与一台典型台式计算机相媲美，而这些“计算单元”仍以线状存在，可被织入衣物之中。

不仅如此，每根纤维中还集成了电阻、电容和二极管等元件，构成可同时处理数字和模拟信号的闭环混合系统，使其不仅能运算，还具备信号采集与调理能力。这意味着，未来的智能纺织品有望在“单线”层面完成数据采集、预处理和传输，而非依赖笨重的外接模组。

据介绍，这种纤维芯片直径约为50微米，而普通人类头发的直径大约在70微米左右，因此在视觉和触感上更接近常规纺织纤维。其高度柔软的机械特性不仅适合做成衣物，也与脑组织等软组织的力学性质相当，为其在神经医疗领域的植入应用打开了空间。研究团队在论文中指出，这一材料在柔软性和生物相容性方面表现突出，有望成为智能神经植入和其他软体医疗器械的平台材料。

“人体主要由软组织构成，因此未来的脑机接口等新兴领域迫切需要柔软、顺应性强的电子系统。”本研究负责人之一、复旦大学研究人员彭慧胜在接受新华社采访时表示。据介绍，这项技术未来可望用于缓解帕金森病、癫痫和中风等疾病的相关症状，或被集成到精密器械中，作为高灵敏度传感元件使用。

在可穿戴应用方面，研究团队已经用纤维芯片制作出一款“智能触觉手套”。复旦大学纤维材料与器件研究院的陈培宁介绍，这类手套在外观和触感上与普通织物无异，却能够感知并模拟不同物体的触感。在远程机器人手术场景中，医生佩戴此类手套，有望“感知”组织硬度差异，从而在隔空操作时获得更接近直觉的触觉反馈。

科研团队同时强调，实验室原型要走向真实应用，还必须解决规模化制造和耐用性问题。为此，他们采用与现有芯片产业高度兼容的制程工艺，并宣称已经实现纤维芯片的批量生产路径。在模拟日常使用的测试中，这种纤维经历了超过1万次弯折和摩擦循环，仍能保持功能；在拉伸实验中，纤维可承受约30%的伸长率，并能轻松扭转。此外，它经受住了100次水洗，以及约100摄氏度高温和相当于15.6吨卡车压重的压力考验。

目前，研究团队正与医院合作，将纤维芯片技术向心血管外科方向转化，探索其在导管、支架或手术辅助手段中的应用可能。“我们希望，有一天基于‘纤维芯片’的电子织物，能够像今天的手机和电脑一样高效地交换信息。”陈培宁表示。