1月22日，國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然》發(fā)表了一項(xiàng)來(lái)自中國(guó)研究團(tuán)隊(duì)的原創(chuàng)技術(shù)突破。研究人員突破傳統(tǒng)硅基芯片范式，在一根比頭發(fā)絲更細(xì)的纖維里構(gòu)建起高密度集成電路，研制出“纖維芯片”。這項(xiàng)研究成果來(lái)自聚合物分子工程全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、復(fù)旦大學(xué)纖維電子材料與器件研究院、高分子科學(xué)系和先進(jìn)材料實(shí)驗(yàn)室的彭慧勝、陳培寧團(tuán)隊(duì)。

“纖維芯片”的信息處理能力與一些經(jīng)典商業(yè)芯片相當(dāng)，且具有高度柔軟、適應(yīng)拉伸扭曲等復(fù)雜形變以及可編織的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，有望為腦機(jī)接口、電子織物、虛擬現(xiàn)實(shí)等未來(lái)產(chǎn)業(yè)提供關(guān)鍵支撐。此前，該團(tuán)隊(duì)已提出“纖維器件”新概念，并創(chuàng)建了30多種纖維器件，相關(guān)成果多次登上《自然》，部分技術(shù)已轉(zhuǎn)讓給國(guó)內(nèi)頭部企業(yè)，初步實(shí)現(xiàn)在汽車、服裝等領(lǐng)域的應(yīng)用。

為了實(shí)現(xiàn)纖維器件的大規(guī)模應(yīng)用，必須攻克“芯片”的核心技術(shù)壁壘，包括空間限制、光刻適配以及穩(wěn)定性挑戰(zhàn)。為此，研究人員另辟蹊徑，參考了“卷壽司”的想法，不局限于纖維表面，構(gòu)建了螺旋式多層電路，極大提升了空間利用率。按實(shí)驗(yàn)室1微米光刻精度推算，1毫米長(zhǎng)的纖維目前可集成1萬(wàn)個(gè)晶體管，與一些商業(yè)醫(yī)用植入芯片相當(dāng)；1米長(zhǎng)纖維的晶體管集成量可達(dá)到經(jīng)典計(jì)算機(jī)中央處理器水平。經(jīng)過(guò)多年攻關(guān)，團(tuán)隊(duì)最終實(shí)現(xiàn)了每厘米10萬(wàn)個(gè)晶體管的集成密度。

其制備工藝與現(xiàn)有成熟光刻工藝有效兼容，為規(guī)?；圃齑蛳禄A(chǔ)。團(tuán)隊(duì)使用等離子刻蝕技術(shù)將其表面粗糙度降至1納米以下，達(dá)到商業(yè)光刻要求，打破了“芯片只能刻在硅片上”的傳統(tǒng)認(rèn)知。這種新的研究思路可能為芯片產(chǎn)業(yè)提供一種新的借鑒，開(kāi)辟新的發(fā)展方向。

“纖維芯片”并非為了取代傳統(tǒng)硅基芯片，而是開(kāi)辟了全新的應(yīng)用路徑，其優(yōu)勢(shì)在于極佳的柔韌性與集成度。這種新型芯片材料柔性極佳，能彎曲、拉伸、扭曲，甚至經(jīng)得住十幾噸卡車碾壓，按工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)水洗數(shù)十次后性能依然穩(wěn)定，在100攝氏度高溫下也能正常工作?；凇耙桓w維就是一個(gè)微型電子系統(tǒng)”的設(shè)計(jì)理念，在單根纖維上就可集成供電、傳感、顯示、信號(hào)處理等功能。這意味著無(wú)需外接處理器，基于纖維芯片就能編織柔軟、透氣的電子織物。這為將來(lái)的商業(yè)化應(yīng)用提供了極大的想象空間——比如未來(lái)的衣服可能變身“智能顯示屏”，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)像素顯示；在遠(yuǎn)程醫(yī)療機(jī)器人手術(shù)等場(chǎng)景中，纖維芯片還可制成智能觸覺(jué)手套，精準(zhǔn)模擬不同物體的力學(xué)觸感，提升人機(jī)交互體驗(yàn)。

利用這種全柔性的纖維智能交互手套，可以在遠(yuǎn)程手術(shù)操作時(shí)讓醫(yī)生的手觸覺(jué)更加靈敏，不會(huì)受到硬質(zhì)模塊的干擾。未來(lái)腦機(jī)接口植入后，也不需要任何外部設(shè)備，可以自主實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的收集、運(yùn)算以及分析，最終和大腦形成閉環(huán)。這一芯片材料領(lǐng)域的突破也讓醫(yī)療器械開(kāi)發(fā)者為之驚喜，認(rèn)為纖維芯片未來(lái)有望改變植入醫(yī)療器械的規(guī)則，把電路和信號(hào)傳輸集成到一個(gè)纖維材料上，極致壓縮體積，適合生物體內(nèi)器械植入。