一根比發(fā)絲更纖細(xì)的纖維，竟能承載高密度集成電路的運(yùn)算能力？這項(xiàng)突破傳統(tǒng)認(rèn)知的科研成果，正在重新定義電子器件的形態(tài)邊界。復(fù)旦大學(xué)纖維電子材料與器件研究院團(tuán)隊(duì)，通過(guò)五年技術(shù)攻關(guān)成功研制出全球首創(chuàng)的"纖維芯片"，其晶體管集成密度達(dá)到每厘米10萬(wàn)個(gè)，信息處理能力媲美經(jīng)典商業(yè)芯片，更具備可編織、耐拉伸、抗高溫等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。這項(xiàng)突破性成果近日登上國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然》，標(biāo)志著柔性電子領(lǐng)域邁入全新發(fā)展階段。

傳統(tǒng)電子器件長(zhǎng)期受制于"三明治"結(jié)構(gòu)范式，硬質(zhì)基底與柔軟人體組織的適配難題，始終制約著腦機(jī)接口、電子織物等前沿領(lǐng)域的發(fā)展。研究團(tuán)隊(duì)突破性地將芯片功能嵌入纖維內(nèi)部，通過(guò)螺旋式多層電路設(shè)計(jì)，在直徑僅0.1毫米的纖維中構(gòu)建出立體運(yùn)算網(wǎng)絡(luò)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，1米長(zhǎng)的纖維即可集成百萬(wàn)級(jí)晶體管，運(yùn)算能力達(dá)到經(jīng)典計(jì)算機(jī)中央處理器水平，而其柔軟度足以承受15噸卡車碾壓，經(jīng)50次工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)水洗后性能保持穩(wěn)定。

技術(shù)突破的背后是三大核心難題的攻克。針對(duì)纖維曲面結(jié)構(gòu)的空間限制，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新采用縱向分層工藝，將電路集成密度提升至傳統(tǒng)平面工藝的3倍；面對(duì)高分子材料表面粗糙度超標(biāo)問(wèn)題，研發(fā)出等離子刻蝕與納米鍍膜組合技術(shù)，使基底平整度達(dá)到光刻工藝要求；通過(guò)開(kāi)發(fā)聚合物保護(hù)層，成功解決電路層在機(jī)械形變中的斷裂難題。這些創(chuàng)新使纖維芯片制備工藝與現(xiàn)有光刻產(chǎn)線完全兼容，為規(guī)模化生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。

在腦機(jī)接口應(yīng)用場(chǎng)景中，纖維芯片展現(xiàn)出革命性潛力。現(xiàn)有神經(jīng)電極需通過(guò)硬質(zhì)導(dǎo)線連接外部處理器，而柔性纖維芯片可直接構(gòu)建"檢測(cè)-處理-反饋"閉環(huán)系統(tǒng)。其與腦組織相似的彈性模量，可顯著降低植入損傷，實(shí)時(shí)信號(hào)處理能力則為癲癇預(yù)警、運(yùn)動(dòng)康復(fù)等醫(yī)療應(yīng)用開(kāi)辟新路徑。研究團(tuán)隊(duì)演示的智能觸覺(jué)手套，通過(guò)單根纖維集成壓力傳感與信號(hào)處理模塊，能精準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)不同物體的觸感特征，在遠(yuǎn)程醫(yī)療手術(shù)中具有重要應(yīng)用價(jià)值。

電子織物領(lǐng)域同樣迎來(lái)變革機(jī)遇。基于纖維芯片的發(fā)光纖維可編織成動(dòng)態(tài)顯示屏，在服裝上實(shí)現(xiàn)像素級(jí)圖像顯示；集成儲(chǔ)能模塊的纖維電池，使智能服裝擺脫外接電源束縛。更值得關(guān)注的是，這種新型電子系統(tǒng)突破了傳統(tǒng)芯片的二維限制，通過(guò)三維編織技術(shù)可構(gòu)建出具有空間運(yùn)算能力的立體織物網(wǎng)絡(luò)，為虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備提供更輕便的解決方案。

這項(xiàng)突破源于跨學(xué)科創(chuàng)新的深厚積淀。纖維電子材料與器件研究院整合化學(xué)合成、微納加工、醫(yī)學(xué)工程等八個(gè)學(xué)科方向，搭建起從基礎(chǔ)研究到產(chǎn)業(yè)化的完整鏈條。研究團(tuán)隊(duì)中既有高分子材料專業(yè)的博士生，也有集成電路領(lǐng)域的青年學(xué)者，不同專業(yè)背景的碰撞催生出許多創(chuàng)新思路。正如參與研發(fā)的王臻博士所言："當(dāng)擺脫既有知識(shí)框架的束縛時(shí)，最天馬行空的設(shè)想往往蘊(yùn)含著突破契機(jī)。"

隨著智能纖維市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)突破萬(wàn)億歐元，這項(xiàng)技術(shù)正在引發(fā)全球科研機(jī)構(gòu)的密切關(guān)注。與傳統(tǒng)硅基芯片形成互補(bǔ)關(guān)系的纖維芯片，不僅為柔性電子提供了全新發(fā)展路徑，更可能催生出腦機(jī)融合、智能服裝、空間電子等新興產(chǎn)業(yè)。當(dāng)集成電路突破平面限制，在纖維的微觀世界中構(gòu)建起立體運(yùn)算網(wǎng)絡(luò)，人類對(duì)電子器件的想象邊界正在被重新定義。