可穿戴系統(tǒng)迎來(lái)“織入式”芯片 | 前沿動(dòng)態(tài)

原文發(fā)表于 《科技導(dǎo)報(bào)》2026年第3期科技新聞-前沿動(dòng)態(tài)

可穿戴系統(tǒng)迎來(lái)“織入式”芯片

柔軟的“纖維芯片”在手指上打結(jié)照片（圖片來(lái)源：復(fù)旦大學(xué)官網(wǎng)）

柔性電子和電子織物被視為下一代可穿戴系統(tǒng)、腦機(jī)接口與沉浸式交互技術(shù)的重要基礎(chǔ)。然而，長(zhǎng)期以來(lái)，纖維系統(tǒng)仍需依賴外接的剛性塊狀芯片完成信息處理，這與纖維本身柔軟、可拉伸、可編織的形態(tài)優(yōu)勢(shì)存在根本矛盾，成為制約該領(lǐng)域發(fā)展的關(guān)鍵瓶頸。

復(fù)旦大學(xué)彭慧勝、陳培寧團(tuán)隊(duì)突破傳統(tǒng)硅基集成電路“平面化”研究范式，提出并實(shí)現(xiàn)了一種在彈性高分子纖維內(nèi)部集成大規(guī)模電路的新路徑。研究人員通過(guò)設(shè)計(jì)多層旋疊架構(gòu)，在單根纖維中構(gòu)建起具備完整信息處理能力的集成電路系統(tǒng)，即“纖維芯片”。其信息處理能力已可與典型商業(yè)芯片相當(dāng)，同時(shí)保持高度柔軟并適應(yīng)拉伸、彎曲和扭轉(zhuǎn)等復(fù)雜形變。2026 年 1 月 22 日，相關(guān)研究成果發(fā)表于

Nature

傳統(tǒng)芯片制造依賴在平整、剛性的硅片表面構(gòu)建高密度電路，而纖維體系不僅曲率大、表面起伏明顯，還會(huì)在使用過(guò)程中持續(xù)發(fā)生形變，幾乎不具備常規(guī)光刻的“理想條件”。針對(duì)這一根本矛盾，研究團(tuán)隊(duì)提出了一種“重構(gòu)芯片形態(tài)”的設(shè)計(jì)思想：不再追求在纖維表面“攤平”電路，而是將多層集成電路沿纖維軸向螺旋式旋疊，最大化利用纖維內(nèi)部空間，從而在有限直徑內(nèi)實(shí)現(xiàn)高集成度。

圍繞這一架構(gòu)，研究團(tuán)隊(duì)歷時(shí)約 5 年，系統(tǒng)性地建立了可在彈性高分子材料上直接進(jìn)行高密度光刻的制備路線。其中的關(guān)鍵技術(shù)突破包括：

• 一是通過(guò)等離子刻蝕對(duì)彈性高分子表面進(jìn)行精細(xì)調(diào)控，將表面粗糙度降低至 1 nm以下，滿足商業(yè)光刻對(duì)平整度的嚴(yán)格要求，光刻精度達(dá)到實(shí)驗(yàn)室級(jí)光刻設(shè)備的最高水平；

• 二是在彈性襯底上引入一層致密的聚對(duì)二甲苯納米膜，該膜層既能抵御光刻過(guò)程中多種溶劑的侵蝕，又與下方彈性高分子形成“硬-軟異質(zhì)結(jié)構(gòu)”，有效分散纖維在拉伸、扭轉(zhuǎn)等形變過(guò)程中施加在電路層上的應(yīng)變。

值得關(guān)注的是，該制備方法并非實(shí)驗(yàn)室“定制工藝”，而是與現(xiàn)有芯片產(chǎn)業(yè)中成熟的光刻制造工藝兼容。研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)研制原型裝置、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化流程，已初步實(shí)現(xiàn)“纖維芯片”的實(shí)驗(yàn)室級(jí)規(guī)模化制備。該芯片可承受 1 mm 半徑彎曲、20% 拉伸形變，水洗、卡車碾壓后性能依然穩(wěn)定。

通過(guò)將晶體管與電容、電阻等元件高效互連，“纖維芯片”已具備完整的數(shù)字與模擬電路運(yùn)算能力，并可進(jìn)一步集成有機(jī)電化學(xué)晶體管以實(shí)現(xiàn)神經(jīng)計(jì)算。實(shí)驗(yàn)推算顯示，在當(dāng)前實(shí)驗(yàn)室級(jí) 1 μm光刻精度下，長(zhǎng)度1 mm的纖維即可集成數(shù)萬(wàn)個(gè)晶體管，其信息處理能力可與部分醫(yī)療植入式芯片相當(dāng)；若纖維長(zhǎng)度擴(kuò)展至 1 m，集成晶體管數(shù)量有望提升至百萬(wàn)級(jí)，接近經(jīng)典計(jì)算機(jī)中央處理器的集成水平（當(dāng)前實(shí)驗(yàn)已實(shí)現(xiàn)約105個(gè)晶體管/cm）。研究團(tuán)隊(duì)指出，這種將傳感、信號(hào)處理與反饋刺激“織入”單根纖維的集成范式，有望突破腦機(jī)接口、電子織物與虛擬現(xiàn)實(shí)等領(lǐng)域長(zhǎng)期依賴外接剛性芯片的結(jié)構(gòu)瓶頸。

（綜合：

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