[智能应用]“纤维芯片”，可以像普通纱线一样织进布料 [复制链接]

想象一下，未来我们穿的衣服不仅能保暖，还能像手机、电脑一样处理信息；虚拟现实手套轻薄透气，让医生远程手术时可拥有现场操作般的“触觉”……这些看似科幻的场景，正因一项名为“纤维芯片”的原创成果而增加了早日实现的可能。
“纤维芯片”编织进织物。 本文图片均为 复旦大学 供图
1月22日凌晨，国际顶级学术期刊《自然》主刊发表了复旦大学彭慧胜/陈培宁团队的最新研究成果《基于多层旋叠架构的纤维集成电路》，团队成功在柔软的高分子纤维内制造出大规模集成电路，创造出世界首款“纤维芯片”。这意味着，“芯片”第一次从“硬质块体”走向“柔软纤维”，为未来智能织物、脑机接口、虚拟现实等新兴产业提供了新的技术支撑。
该研究得到国家自然科学基金委、科技部、上海市科委等项目支持。复旦大学纤维电子材料与器件研究院、高分子科学系、先进材料实验室教授彭慧胜、陈培宁为本论文通讯作者，博士研究生王臻、陈珂和博士后施翔为共同第一作者。
成卷“纤维芯片”
“芯片”不再硬邦邦，团队在头发丝般的纤维里“盖高楼”
过去几十年，芯片一直是电子设备的心脏，但它的形态普遍是硬质块状的，必须安装在电路板上，与人体柔软的组织、可弯曲的衣物格格不入。复旦大学团队长期深耕“纤维电子材料与器件”领域，曾率先研制出纤维电池、织物显示器等，让衣物也能储能、发光。然而，要让纤维器件真正“智能”起来，信息处理功能必不可少，而传统硬质芯片无法与柔软纤维系统兼容。
“纤维系统如果外接硬质芯片，就像给衣服缝上一块硬板，既不舒服也不稳定。”论文通讯作者陈培宁教授表示。为此，他们决定挑战这个领域公认的“硬骨头”和“无人区”难题：是否在纤维内部直接造出“芯片”？
在纤维里造“芯片”，难度极大。纤维表面是曲面，且面积有限，如何集成足够多的晶体管？团队跳出传统思维，提出“多层旋叠架构”：在纤维内部像卷地毯一样，层层叠叠构建电路，最大限度利用内部空间。
多层电路内部结构图
技术上更是难关重重。传统芯片在平整的硅片上光刻，而纤维表面在微观层面“坑坑洼洼”，像在软泥地上盖高楼。团队探索发现，通过等离子刻蚀技术，可以将纤维表面粗糙度降至1纳米以下，有效满足光刻要求；又在纤维表面沉积一层叫做“聚对二甲苯”的保护膜，可以抵御光刻流程中的溶剂腐蚀，并在纤维弯曲时保护电路不被破坏。
“我们发展的制备方法，可以与现在成熟的光刻工艺有效兼容，具有规模化制备的潜力。” 陈培宁说。经过5年攻关、前后十余年积累，团队终于成功在弹性高分子纤维中集成高密度晶体管，每厘米纤维可集成10万个晶体管，信息处理能力已与一些商用植入式医疗芯片相当。
打结、水洗、卡车碾压后保持性能稳定，应用前景广阔
与传统芯片相比，“纤维芯片”不仅功能强大，更拥有独特的“柔软特质”，就像衣服里的普通纤维一样。实验显示，它可以被弯曲到1毫米的曲率半径，甚至拉伸、打结也不影响性能；经过水洗、高低温考验，甚至被十几吨重的卡车碾压后，依然稳定工作。
“纤维芯片”打结图
卡车碾压稳定测试
这意味着，“纤维芯片”可以像普通纱线一样编织进布料，制成真正“全柔性”的电子织物。团队已在一根纤维上同时集成供电、传感、显示与信息处理功能，实现触摸发光、图案显示等交互效果，且无需外接硬质芯片或电池。
纤维发光图
复旦科研团队的这一成果为纤维电子系统集成提供全新路径，在脑机接口、电子织物、虚拟现实等新兴领域展现独特应用前景。
脑机接口应用示意图和实物图
目前商业脑机接口电极普遍需要外接处理设备。基于“纤维芯片”，可制成比头发丝更细的柔性电子系统，将其植入脑部后，既能检测神经信号，又能实时处理，甚至有望实现“感知-处理-刺激”闭环。“未来或许能更精准监测脑内化学和电信号，为帕金森、癫痫等脑部疾病治疗提供新工具。” 论文第一作者王臻表示。
“我们希望，未来的衣服可以成为你的手机或电脑。”陈培宁展示了团队目前正在开展的研究工作，将“纤维芯片”与其他功能纤维器件集成，得到“智能衣服”，可实现动态显示与交互。这样的“智能衣服”穿着体验与普通衣物无异，却具备信息处理与通信能力。
现有VR触觉手套多依赖外接硬质模块，笨重且不精确。基于“纤维芯片”的触觉手套轻薄如普通手套，却能集成大量传感单元，精准模拟不同物体的触感，在远程手术、虚拟训练等领域潜力巨大。
“纤维芯片”仍处于实验室阶段，推动落地应用
“我们不是要替代现有硅基芯片，而是希望能为这个领域提供一点新思路。”彭慧胜表示。目前芯片产业正加大投入研发“纳米级”制程技术，“纤维芯片”从材料、结构到应用场景与传统芯片都有所不同，有可能为我国芯片产业发展催生一个新赛道。
团队表示，“纤维芯片”目前仍处于实验室阶段，还有很多工作要做，未来将通过多学科交叉融合创新，进一步提升集成度与性能，并推动落地应用。
“纤维芯片”编织进织物
这项工作背后，是团队近十年的坚持。彭慧胜表示，最初只是觉得“把硬芯片做软挺好玩的”，但真正做起来“太难了”。这项工作的完成，离不开团队成员的通力协作和努力坚持。“热爱和好奇心是支撑我们克服困难的原动力。” 博士生王臻说。
这项工作涉及材料合成制备、电子器件构建、电路设计集成和生物应用等，需要化学、信息、电子、医学等不同学科研究手段。团队所依托的纤维电子材料与器件研究院，近年来已经形成了一支多学科交叉研究队伍，建立了涵盖化学合成、器件构建、光刻微纳加工和中试概念验证的全链条研究平台，对这项工作提供了有力支撑。此外，得益于复旦大学多学科优势，该工作还得到了来自校内聚合物分子工程全国重点实验室、集成电路与微纳电子创新学院、生物医学工程与技术创新学院、电镜中心和中山医院等团队的通力协作。
从纤维电池到纤维显示，再到今天的“纤维芯片”，复旦大学团队一步步将“智能织物”从概念推向现实。这项登顶《自然》的成果，不仅是一项技术突破，更展示了一个即将到来的全新人机交互场景。

“纤维芯片”：从硬质块体到柔软纤维，中国科学家开启智能织物新时代  

2026年1月22日，国际顶级学术期刊《自然》（Nature）发表了复旦大学彭慧胜/陈培宁团队的突破性成果——《基于多层旋叠架构的纤维集成电路》，宣布成功研制出世界首款“纤维芯片”。这一成果首次将芯片从“硬质块体”形态转变为“柔软纤维”，为未来智能织物、脑机接口、虚拟现实（VR）等新兴领域提供了颠覆性技术支撑，标志着人机交互进入“柔性化”新阶段。  
一、技术突破：在头发丝里“盖高楼”，纤维芯片如何诞生？  
1. 传统芯片的“硬伤”：与柔软纤维格格不入  
形态限制：传统芯片以硅基材料为主，形态为硬质块状，需固定在电路板上，无法与人体组织或可弯曲的织物兼容；  
应用瓶颈：若将硬质芯片外接至纤维系统（如智能衣物），会导致穿戴不适、稳定性差，甚至限制运动自由度。  
2. 纤维芯片的“革命性设计”：多层旋叠架构  
核心创新：团队提出“多层旋叠架构”，在纤维内部像卷地毯一样层层叠加电路，突破曲面与有限空间的限制；  
技术挑战与解决方案：  
表面粗糙度：纤维微观表面“坑坑洼洼”，团队通过等离子刻蚀技术将粗糙度降至1纳米以下，满足光刻要求；  
电路保护：沉积聚对二甲苯保护膜，抵御光刻溶剂腐蚀，并在纤维弯曲时防止电路断裂；  
兼容性：制备方法与现有光刻工艺兼容，具备规模化生产潜力。  
性能指标：每厘米纤维可集成10万个晶体管，信息处理能力与商用植入式医疗芯片相当。  
二、纤维芯片的“超能力”：柔软但强大，应用场景颠覆想象  
1. 极端环境下的稳定性：打结、水洗、卡车碾压都不怕  
柔性测试：纤维芯片可弯曲至1毫米曲率半径，拉伸、打结不影响性能；  
耐久性测试：经水洗、高低温循环，甚至被十几吨重卡车碾压后，仍能稳定工作；  
意义：首次实现芯片与织物的“全柔性”集成，无需外接硬质模块或电池。  
2. 应用场景：从衣物到医疗，重塑人机交互方式  
智能织物：  
集成供电、传感、显示与信息处理功能，实现触摸发光、动态图案显示；  
未来衣物可替代手机、电脑，具备通信、计算能力，穿着体验与普通衣物无异。  
脑机接口：  
制成比头发丝更细的柔性电子系统，植入脑部后实时检测并处理神经信号；  
潜在应用：精准监测脑内化学与电信号，为帕金森、癫痫等疾病治疗提供新工具。  
虚拟现实触觉手套：  
轻薄如普通手套，却能集成大量传感单元，精准模拟不同物体触感；  
应用领域：远程手术、虚拟训练、游戏交互等。  
三、技术背后的“十年磨一剑”：多学科交叉的“复旦范式”  
1. 团队坚持：从“好玩”到“突破”的十年探索  
初心：彭慧胜教授最初仅因“把硬芯片做软挺有趣”启动研究，但实际难度远超预期；  
挑战：材料合成、器件构建、电路设计、生物应用等环节均需突破传统学科边界；  
支撑：  
平台支持：纤维电子材料与器件研究院建立全链条研究平台（化学合成、光刻加工、中试验证）；  
学科协作：化学、信息、电子、医学等多学科团队通力合作，攻克技术难题。  
2. 政策与资金支持：国家战略布局下的创新生态  
项目资助：研究得到国家自然科学基金委、科技部、上海市科委等支持；  
产业意义：纤维芯片为芯片产业开辟新赛道，可能催生“柔性电子”细分领域，助力中国在全球科技竞争中抢占先机。  
四、未来展望：从实验室到生活，柔性电子的“星辰大海”  
1. 短期目标：提升性能，推动落地  
技术优化：进一步提高晶体管集成度，降低功耗，增强生物兼容性；  
场景验证：与医疗机构、VR企业合作，开展脑机接口、远程手术等临床试验。  
2. 长期愿景：人机共生的“柔性未来”  
智能衣物：衣物成为“第二层皮肤”，实时监测健康数据、调节体温，甚至与虚拟世界交互；  
地外探索：柔性电子设备适应极端环境，助力月球/火星基地建设；  
哲学思考：当芯片与织物融合，人类与机器的边界将如何重新定义？  
结语：纤维芯片——一场关于“柔软革命”的科技诗篇  
复旦大学团队的成果，不仅是一项技术突破，更是一次对未来生活方式的想象重构。从“硬质芯片”到“纤维芯片”，人类首次将信息处理的“大脑”融入柔软的织物中，让科技真正“穿”在身上。  

正如团队所言：“我们不是要替代硅基芯片，而是希望为这个领域提供新思路。” 当纤维芯片走出实验室，我们或许将迎来一个“万物皆柔，人机共生”的新时代——在那里，科技不再冰冷，而是如衣物般温暖、如肌肤般贴合。 🧵💻🚀

纤维芯片已实现可编织性，能像普通纱线一样融入织物，同时具备信息处理能力，为智能衣物、脑机接口等场景提供全新可能。

🧵 背景：为何要“软化”芯片？
传统芯片是硬质块状，必须安装在电路板上，与衣物、人体组织等柔软环境冲突。复旦团队提出“多层旋叠架构”，在高分子纤维内部像卷地毯一样层层构建电路，突破空间限制，首次实现芯片从“硬”到“软”的形态转变。

🔬 技术挑战与突破
微纳加工难题：

纤维表面曲面且微观“坑洼”，团队通过等离子刻蚀将粗糙度降至1纳米以下，适配光刻工艺。
开发“柔性铠甲”保护层，抵御溶剂腐蚀并缓冲形变，确保水洗、卡车碾压后性能稳定。
功能集成：

单根纤维实现供电、传感、显示、信号处理一体化，无需外接硬质模块。
每厘米集成10万个晶体管，信息处理能力媲美医疗植入芯片，1米长度可达百万级晶体管，接近经典CPU水平。
🌟 应用前景一览
场景    传统方案痛点    纤维芯片优势
智能衣物    硬质模块影响舒适性    可编织、轻薄透气，支持触控显示
脑机接口    外接设备笨重、信号不稳定    超细纤维探针（50微米），闭环处理神经信号
VR触觉手套    依赖硬传感器，触感模拟粗糙    全柔性设计，精准反馈力学触感
✅ 结论：柔性电子的里程碑
纤维芯片不仅解决了传统芯片与织物兼容性问题，还通过实验室级规模化制备验证了产业对接潜力。尽管仍需提升集成密度与运算效率，但它为“智能织物”从概念走向实用铺平了道路。