上海
你相信吗？复杂的电路系统也可以被“织入”又细又柔的纤维里，这意味着编织机器人电子皮肤成为可能！中国科学院院士、东华大学教授朱美芳与研究员王刚等，通过“微流控”编码纺丝，将电子器件及其连接关系融入连续纤维的内部结构，实现纤维成形与电路构筑同步进行，让纤维本身成为电路。
《自然·电子学》论文信息
以“集成电路纤维的可编程纺丝”（Programmable spinning of integrated circuit fibres）为题，相关成果近日发表于国际期刊《自然·电子学》（Nature Electronics）。这项研究工作在提升多模态感知、信息处理与交互能力的同时，可更好适应机器人的复杂形态与运动变化，为具身智能应用提供了更多可能。
朱美芳院士在实验台前（资料照片）
具身智能的高速发展，需要电子系统适应机器人的复杂形态与运动变化。柔软、可弯曲的纤维，为电子功能融入这些结构提供了新的载体。然而，从单个纤维器件走向功能电路，必须同时解决材料排布、器件结构和电连接问题。如何在纤维成形过程中将这些环节协同起来，成为纤维电子走向系统集成的关键。
应对这一挑战，王刚等研究人员通过精密流体设计，将电路布局转化为纺丝程序。在纤维横截面上，调控导电、绝缘、发光或半导体材料的流体性质，形成稳定的不同功能层。而在沿纤维长度的方向上，通过调节各路纺丝液的输入，使功能层按照设计连续或间断，形成器件之间的电连接。
这一过程以流体编码电路的方式，将设计好的材料组合与流体输入程序“写入”纤维内部的器件结构与连接关系。由此，纤维的材料层次、器件结构和电路互连，随着成形过程共同建立，让纤维本身成为电路。
电路纤维概念图
基于这一创新性的纺丝平台，团队构筑了彩色电致发光、模拟信号处理、数字逻辑运算和非接触空间感知等模块，并进一步将晶体管、电阻、电容等不同类型器件按设计互连，在单根纤维内实现可调滤波电路、反相器等电路功能。
基于此，这项研究从多类功能模块的分别构筑，推进到不同器件在纤维内协同工作的电路集成，展示了按功能需求设计和制造纤维电路的能力，从而为纤维电子进一步组合感知、处理等功能，提供了可拓展的电路基础。
三种载流子（电子-光子、电子-电子、电子-离子）转换基本电路纤维
在应用验证中，研究人员将用此方法制备的空间感知纤维，布置在机械臂的夹爪内侧。当目标接近或移动引起电场耦合变化，“灵巧手”可以据此计算目标位置并驱动机械臂，实现目标的自动跟踪。
同样值得注意的是的，在另一组实验中，团队利用纤维组成的柔性交互界面及配套系统，实现了手指对机械臂和无人机的非接触式空间遥控。
非接触空间交互演示
专家认为，从发光到运算，再到空间交互，这项研究工作不只是分别做出几类功能纤维，而是建立起一套贯通功能材料空间组织、纤维器件构筑与电路互连的设计制造方法。在保留纤维柔顺性、可缝合性和可织造性的同时，这样的微流控编码纺丝为不同电子功能提供了可组合的基础模块，也为可穿戴计算、柔性人机交互、软体机器人和具身智能系统提供了新的技术路径。
原标题：《编织机器人电子皮肤成为可能！院士专家把复杂电路系统“织入”纤维又细又柔》
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