中国学者成功开发“纤维芯片”：丝线般细软、为纤维电子系统集成提供新路径
中国学者成功开发“纤维芯片”：丝线般细软、为纤维电子系统集成提供新路径
中新网上海1月22日电(陈静 狄权)芯片是现代电子技术的基石。纵观过去芯片的发展历程，普遍依赖硅基衬底所支撑的光刻制造技术。是不是有可能在柔软、弹性的高分子纤维内实现高密度集成电路？
记者22日获悉，复旦大学彭慧胜/陈培宁团队通过5年攻关，研发出如丝线般纤细柔软的“纤维芯片”。北京时间1月22日，这项成果发表于《自然》主刊(Nature)。
复旦大学学者团队研发出的“纤维芯片”如丝线般纤细柔软。(中新网记者 陈静摄)
“纤维芯片”中，电子元件(如：晶体管)集成密度达10万个/厘米，通过晶体管高效互连，可实现数字、模拟电路运算等功能。相比传统芯片，“纤维芯片”有着优异的柔性，可耐受弯曲、拉伸、扭曲等复杂形变，甚至在经过水洗、高低温、卡车碾压后，仍能保持性能稳定。除了具备信息处理能力和优异柔性，陈培宁教授指出，“纤维芯片”还具有良好的稳定性。
据悉，研究团队跳出“仅利用纤维表面”的思维定式，提出多层旋叠架构的设计思想，即：在纤维内部构建多层集成电路，形成螺旋式旋叠结构，从而最大化地利用纤维内部空间。按照目前实验室级1微米的光刻精度预测，长度为1毫米的“纤维芯片”可集成1万个晶体管，其信息处理能力可与一些植入式医疗芯片相当；若“纤维芯片”长度扩展至1米，其集成晶体管数量有望提升至百万级别，这一集成数量接近一些经典计算机中央处理器的集成水平。
研发团队历经5年攻关研发出“纤维芯片”。(狄权 摄)
据了解，该研究团队开发的制备方法，与目前芯片产业中的成熟光刻制造工艺有效兼容，通过研制原型装置，设计标准化制备流程，初步实现了“纤维芯片”的可规模化制备。
“纤维芯片”有哪些用途？据悉，“纤维芯片”为纤维电子系统集成提供全新路径，在脑机接口、电子织物、虚拟现实等领域展现独特应用前景。据悉，研究团队基于“纤维芯片”，在单根纤维上实现了供电、传感、显示、信号处理等功能的一体化集成，为纤维系统开辟了新的集成路径。像普通纤维一样的纤维系统，无需连接任何外部控制或供能模块，即可自主运行。
在脑机接口领域，传统脑机接口的电极普遍需要连接硬质的外部信号处理模块。基于“纤维芯片”技术，有望在一根像头发丝细的纤维内，集成“传感-信号处理-刺激输出”闭环功能系统。
电子织物被认为是可穿戴设备的终极发展形态，核心挑战在于，如何实现全柔性的织物系统。基于“纤维芯片”，无需外接处理器，可直接编织构建柔软、透气的全柔性电子织物系统。例如，借助“纤维芯片”内置的有源驱动电路，可在织物中实现动态像素显示。
研发团队展示织入了“纤维芯片”的手套。(中新网记者 陈静摄)
在虚拟现实领域，目前触觉接口设备也依赖块状硬质信号处理模块，导致与皮肤柔性表面贴合度不足，难以实现精准细致的信号采集与输出，在远程医疗机器人手术等精细操作场景中局限性尤为突出。基于“纤维芯片”所构建的智能触觉手套，兼具高柔性与透气性，与普通织物无异，可集成高密度传感与刺激阵列，精准模拟不同物体的力学触感，适用于远程手术组织硬度感知、虚拟道具交互等场景，有望大幅提升用户与虚拟环境的交互体验。
据悉，围绕“纤维芯片”研究，团队期望与来自不同学科的学者协同攻关，通过合成制备先进半导体材料，进一步提升器件集成密度，提升信息处理性能，满足更复杂应用场景需求。(完)
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