中国科学家将半导体芯片缩小到像头发丝一样细的纤维状

这项技术进步使得纤维能够像芯片一样进行计算，或像晶体管一样显示信息，从而为机器可穿戴智能纺织品铺平了道路。

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中国科学家制造出了完全柔性的纤维芯片，其电路集成并嵌入到像头发丝一样细的可拉伸纤维中，密度可与家用电脑的中央处理器相媲美。

科学家们现在已经发展出先进的纤维电子技术，该技术已经能够实现供电和传感功能，并通过开发线状集成电路，促进了电子纺织品的发展。

这使得纤维能够像芯片一样进行计算，或者像晶体管一样显示信息，从而有效地使可机洗的布料能够像电脑或电视一样工作。

这项研究成果于周四发表在同行评审期刊《自然》上。该研究由中国科学院院士、上海复旦大学研究员彭慧胜领导。

该团队开发了一种名为纤维集成电路（FIC）的新型电子器件。研究人员没有在刚性平面基板上制造电路，而是在弹性基板上构建了功能电路，然后将该基板卷成类似卷轴的细纤维。

虽然细如一根头发丝，但该纤维的晶体管密度达到了每厘米 100,000 个，满足了传统超大规模集成电路的行业标准，同时保持了完全的柔韧性。

据复旦大学纤维材料与器件研究所的陈培宁（该论文的通讯作者之一）介绍，以目前实验室规模的光刻精度 1 微米计算，1 毫米的“纤维芯片”可以集成数万个晶体管，其信息处理能力可与某些医疗植入芯片相媲美。

“将光纤延长至 1 米可以将晶体管数量提高到百万级，接近传统计算机中央处理器的集成规模，”陈在复旦大学的一份报告中表示。

“未来纳米级光刻技术将进一步提高集成密度。”

光纤本身可以作为一个完整的微型计算机系统，实现电阻器、电容器、二极管和晶体管等电子元件的高精度互连。

报告显示，该光刻机的精度达到了实验室级光刻机的最高水平。

该团队写道：“FIC 可以像商用算术芯片一样处理数字和模拟信号，并能以高识别精度执行神经计算，其性能可与最先进的内存图像处理器相媲美。”

研究人员表示，FIC 在厚重的平面对应物难以承受的恶劣条件下表现出了卓越的稳定性和耐久性，包括 10,000 次重复弯曲和磨损循环。

他们还补充说，FIC 还可以拉伸至 30%，每厘米扭转 180 度，并且可以经受 100 多次洗涤，暴露在高达 100 摄氏度（212 华氏度）的高温下，甚至可以在 15.6 吨的集装箱卡车下承受压缩。

基于这项工作，该团队率先将电源、传感、计算和显示功能集成到单个独立的FIC芯片中。这使得未来的智能服装和设备无需任何笨重的外部芯片或电线即可运行。

“大约10年前，我们就有了把薯片制成软纤维的想法，”彭在复旦大学的报告中说。

“听起来很有意思，所以我们就开始着手研究了。”

在过去的十年里，该团队已经创造了 30 多种功能性纤维器件，这些器件能够发电、储能、发光、显示和生物传感，相关成果已多次发表在《自然》杂志上。

现在，该团队已初步实现了实验室中光纤芯片的可扩展制造，这表明大规模生产的基础设施已经存在。

“这种完全柔性的纤维系统为脑机接口、智能纺织品和虚拟现实可穿戴设备等尖端应用所需的交互式图案铺平了道路，”他们在论文中写道。

对于脑机接口，研究人员表明，这种光纤技术可以将传感、处理和刺激（包括机载信号预处理）集成到一根细如发丝的光纤中。

研究人员称，该系统在不牺牲商业替代品的功能功效的前提下，实现了与脑组织相匹配的生物相容性和柔软性。

其理念是利用纤维芯片将普通服装变成交互式显示屏。例如，导航信息可以显示在袖子上而不是手机屏幕上，或者运动服可以显示实时健康数据和视频。

在虚拟现实中，集成这些功能性感应芯片（FIC）的智能触觉手套具有高灵活性和透气性，并集成了高密度传感和刺激阵列，能够逼真地模拟各种物体的触感。这可用于远程手术中的组织硬度感知，或与虚拟物体的交互式体验。

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