2026年1月22日，國際頂級學術期刊《自然》發(fā)表了一項來自中國復旦大學科研團隊的突破性研究成果：世界首款“纖維芯片”。 這項技術成功在柔軟的高分子纖維內制造出大規(guī)模集成電路，芯片從此不再是硬邦邦的方塊，而是變得像絲線一樣纖細柔軟。
復旦大學彭慧勝、陳培寧領導的團隊，通過長達五年的攻關，跳出了傳統(tǒng)硅基芯片的研究范式。 他們提出了一種名為“多層旋疊架構”的全新設計思想。 這項設計的核心靈感，被研究人員比喻為“卷壽司”，即將精密的電路螺旋式地嵌入纖維內部，從而最大化地利用有限的空間。
在比頭發(fā)絲還細的纖維上造芯片，挑戰(zhàn)巨大。 纖維固有的曲面結構和極小的表面積是第一道難關，每厘米長度的纖維表面積僅為0.01至0.1平方厘米。 傳統(tǒng)的平面光刻技術幾乎無法直接應用。 面對這些難題，團隊沒有走老路，而是自主開發(fā)了一套創(chuàng)新的制備工藝。
研究人員首先采用等離子刻蝕技術，對彈性高分子表面進行超精密平整化處理，將其粗糙度降至1納米以下，滿足了商業(yè)光刻的嚴格要求。 接著，他們又在彈性襯底上設計了一層致密的聚對二甲苯納米膜層。
這層薄膜如同給電路披上了一件“柔性鎧甲”，既能有效抵御光刻過程中各種化學溶劑的侵蝕，又能與基底形成“硬-軟模量異質結構”，顯著緩沖纖維在彎曲、拉伸時電路層承受的應變，確保了結構的穩(wěn)定和功能的可靠。
最終誕生的“纖維芯片”展現(xiàn)出令人驚嘆的性能。 其電子元件集成密度達到每厘米10萬個晶體管。 通過這些晶體管與電阻、電容等元件的高效互連，纖維芯片能夠實現(xiàn)數(shù)字、模擬電路運算等復雜功能。
更引人注目的是其卓越的機械性能。 這款芯片可以承受半徑小至1毫米的彎曲、30%的拉伸形變以及每厘米180度的扭轉。 實驗表明，即使經(jīng)過反復水洗、暴露于100攝氏度高溫環(huán)境，甚至被十幾噸重的卡車碾壓過后，纖維芯片依然能保持性能穩(wěn)定，正常工作。
團隊開發(fā)的制備方法與現(xiàn)有芯片產(chǎn)業(yè)中成熟的光刻制造工藝有效兼容，他們已經(jīng)通過研制原型裝置和設計標準化流程，初步實現(xiàn)了纖維芯片的規(guī)模制備，為后續(xù)產(chǎn)業(yè)化鋪平了道路。
這意味著，一個像普通纖維一樣的系統(tǒng)，無需連接任何外部控制或供能模塊，就能自主運行，形成了一個真正的微型電子系統(tǒng)。
在腦機接口領域，纖維芯片技術有望帶來革命性變化。 傳統(tǒng)腦機接口的電極通常需要連接硬質的外部信號處理模塊，這在植入和使用中帶來諸多不便和風險。 而現(xiàn)在，利用纖維芯片，研究人員有望在一根直徑僅50微米的超細纖維內，集成“傳感-信號處理-刺激輸出”的閉環(huán)功能系統(tǒng)。 這種系統(tǒng)具有與腦組織相當?shù)娜嵝院土己玫纳锵嗳菪?，采集的神?jīng)信號信噪比可與商用外部設備相媲美，為腦科學研究和腦神經(jīng)疾病診斷治療提供了全新工具。
電子織物被視為可穿戴設備的終極發(fā)展形態(tài)，其核心挑戰(zhàn)在于如何實現(xiàn)全柔性、無硬質模塊的系統(tǒng)。 纖維芯片的出現(xiàn)解決了這一難題。 無需外接處理器，直接利用纖維芯片就能編織出柔軟、透氣的全柔性電子織物系統(tǒng)。 例如，借助纖維芯片內置的有源驅動電路，可以在織物中實現(xiàn)動態(tài)像素顯示。 未來，人們穿著的衣服或許就能直接實現(xiàn)電腦和手機的交互功能。
在虛擬現(xiàn)實領域，纖維芯片也展現(xiàn)出巨大應用潛力。 目前的觸覺接口設備高度依賴塊狀硬質信號處理模塊，導致與皮膚柔性表面貼合度不足，難以實現(xiàn)精準細致的信號采集與輸出，尤其在遠程醫(yī)療機器人手術等精細操作場景中局限性明顯。
基于纖維芯片構建的智能觸覺手套，兼具高柔性與透氣性，與普通織物幾乎沒有區(qū)別。 它可以集成高密度傳感與刺激陣列，精準模擬不同物體的力學觸感，適用于遠程手術中的組織硬度感知、虛擬現(xiàn)實中的道具交互等場景，有望極大提升用戶的沉浸感和操作真實感。
這項重大成果的背后，是復旦大學彭慧勝團隊在纖維器件領域長達十余年的持續(xù)深耕。 自2008年成功研制“纖維變色器件”以來，該團隊已創(chuàng)建出30多種具有發(fā)電、儲能、發(fā)光、顯示、生物傳感等功能的新型纖維器件。 其中，發(fā)光纖維器件、纖維鋰離子電池、顯示織物等三項研究成果及相關技術已初步實現(xiàn)轉化應用。
在持續(xù)研究過程中，團隊意識到，與智能手機、計算機等電子設備的發(fā)展路徑相似，纖維器件要實現(xiàn)大規(guī)模應用，必須將不同功能的器件集成在一起，形成系統(tǒng)，并賦予其信息交互能力，而芯片是其中的核心。 2015年，團隊開始布局相關研究。 2020年，隨著博士后施翔，博士研究生王臻、陳珂等新鮮血液的加入，一支專注于攻克難題的團隊集結起來，開啟了長達五年的集中攻關。
研發(fā)過程充滿挑戰(zhàn)。 團隊成員陳珂回憶道：“我剛接觸課題時，對集成電路或芯片沒什么概念，幾乎是一片空白。 ”但這種“空白”也可能成為一種優(yōu)勢，使得團隊不受集成電路領域一些根深蒂固想法的影響，敢于“打開腦洞”，嘗試以往沒人用過的方法。 他們一次次試錯，通過頭腦風暴不斷突破“卡點”，最終發(fā)展出了在柔軟纖維里構建高密度集成電路的完整方法。
目前，研究團隊已經(jīng)在規(guī)?；苽浜蛻梅矫娼⒘俗灾髦R產(chǎn)權體系。 他們表示期待與產(chǎn)業(yè)界加強合作，推動這項技術在更廣泛領域實現(xiàn)高質量應用。
