未來(lái)，人們或許能穿著可以播放視頻的衣服，戴著能精準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)觸感的手套，甚至通過(guò)一根比頭發(fā)絲還細(xì)的纖維，實(shí)現(xiàn)腦電信號(hào)的實(shí)時(shí)探測(cè)與處理。這些看似科幻的場(chǎng)景，正因一項(xiàng)突破性技術(shù)逐漸成為現(xiàn)實(shí)。復(fù)旦大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)在纖維電子領(lǐng)域取得重大進(jìn)展，成功研發(fā)出全球首款“纖維芯片”，將供電、傳感、顯示和信號(hào)處理等功能集成于單根纖維之中，為柔性電子系統(tǒng)開(kāi)辟了全新路徑。

傳統(tǒng)芯片采用硬質(zhì)硅基材料，而纖維芯片則突破性地以彈性高分子纖維為載體，通過(guò)多層旋疊架構(gòu)實(shí)現(xiàn)高密度集成電路。研究團(tuán)隊(duì)借鑒“卷壽司”的工藝?yán)砟睿仍谄秸膹椥愿叻肿颖砻嫱瓿晌⒓{級(jí)電路加工，再將其卷曲成纖維形態(tài)，形成螺旋式多層結(jié)構(gòu)。這種設(shè)計(jì)不僅充分利用了纖維內(nèi)部空間，還解決了曲面結(jié)構(gòu)下電路互連的難題，光刻精度達(dá)到實(shí)驗(yàn)室級(jí)光刻機(jī)的最高水平。

該技術(shù)的突破源于對(duì)纖維系統(tǒng)核心需求的深刻理解。過(guò)去，纖維器件雖能實(shí)現(xiàn)發(fā)光、儲(chǔ)能等功能，但缺乏信息處理模塊，需依賴(lài)外接硬質(zhì)芯片，導(dǎo)致穿戴舒適性差、連接不穩(wěn)定等問(wèn)題。研究團(tuán)隊(duì)歷時(shí)五年攻克多項(xiàng)技術(shù)難關(guān)：通過(guò)等離子刻蝕技術(shù)將彈性高分子表面粗糙度降至1納米以下，為電路制備提供平整基底；采用聚對(duì)二甲苯沉積工藝形成防護(hù)層，有效抵御光刻溶劑侵蝕；最終實(shí)現(xiàn)電阻、電容、二極管、晶體管等電子元件的高精度互連，使纖維在保持柔軟可編織特性的同時(shí)，具備獨(dú)立的信息處理能力。

實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)顯示，長(zhǎng)度1毫米的纖維芯片可集成數(shù)萬(wàn)個(gè)晶體管，信息處理能力與醫(yī)療植入式芯片相當(dāng)；若擴(kuò)展至1米長(zhǎng)度，晶體管數(shù)量可達(dá)百萬(wàn)級(jí)別，接近經(jīng)典計(jì)算機(jī)中央處理器的集成水平。更令人矚目的是，這種纖維芯片展現(xiàn)出極強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性，可承受1毫米半徑彎曲、20%拉伸形變，經(jīng)水洗、卡車(chē)碾壓后性能依然穩(wěn)定，為實(shí)際應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

這項(xiàng)融合材料科學(xué)、微電子學(xué)、生物醫(yī)學(xué)等多學(xué)科智慧的成果，已引發(fā)多個(gè)領(lǐng)域的關(guān)注。在腦機(jī)接口領(lǐng)域，直徑僅50微米的超細(xì)纖維可集成1024通道/厘米的高密度傳感-刺激電極陣列，其柔性與生物相容性?xún)?yōu)于傳統(tǒng)金屬探針，能更精準(zhǔn)地采集神經(jīng)信號(hào)，為腦科學(xué)研究與神經(jīng)疾病治療提供新工具。在電子織物方面，單根纖維即可驅(qū)動(dòng)高密度像素點(diǎn)陣列，使衣物具備動(dòng)態(tài)視頻顯示與觸控交互功能，未來(lái)人們或許只需抬腕即可查看導(dǎo)航，運(yùn)動(dòng)服能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)生理數(shù)據(jù)。

虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域同樣受益匪淺。基于纖維芯片的智能觸覺(jué)手套突破了傳統(tǒng)硬質(zhì)傳感器的局限，其全柔性結(jié)構(gòu)可緊密貼合皮膚，集成高密度傳感與刺激陣列，能精準(zhǔn)模擬不同物體的力學(xué)觸感。研究人員舉例稱(chēng)，外科醫(yī)生佩戴這種手套進(jìn)行遠(yuǎn)程手術(shù)時(shí)，可清晰感知臟器硬度；游戲玩家則能逼真觸摸虛擬道具，獲得“第二皮膚”般的沉浸體驗(yàn)。目前，團(tuán)隊(duì)正與醫(yī)療機(jī)構(gòu)合作，探索將該技術(shù)應(yīng)用于心血管介入器械，輔助醫(yī)生提升手術(shù)精準(zhǔn)度。

該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金委、科技部、上海市科委等機(jī)構(gòu)支持，相關(guān)成果已發(fā)表于國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《自然》。論文詳細(xì)闡述了纖維芯片的設(shè)計(jì)原理、制備工藝與性能驗(yàn)證，為柔性電子技術(shù)的發(fā)展提供了全新范式。隨著材料與工藝的持續(xù)優(yōu)化，纖維芯片有望在更多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)高質(zhì)量應(yīng)用，推動(dòng)電子設(shè)備向柔性化、可穿戴化、智能化方向深度演進(jìn)。