基礎(chǔ)研究是基石！

新年伊始的上海，復(fù)旦一篇關(guān)于“纖維芯片”的成果在《自然》主刊發(fā)表后火遍全網(wǎng)，更激起了產(chǎn)業(yè)界的廣泛好奇——以腦機(jī)接口為代表的多個(gè)前沿產(chǎn)業(yè)，其技術(shù)路徑很可能因此被重塑。連早已對(duì)頂刊成果“習(xí)以為?！钡膹?fù)旦，都將其放在界面首頁，足見其含金量！

圖片來源：復(fù)旦官微

到底是什么成果這么神奇？如果按照最淺顯的語言解釋，就是——讓芯片上的晶體管住進(jìn)了一座座“高樓大廈”，而且這高樓天生可以隨時(shí)改變形狀。單真實(shí)的情況，遠(yuǎn)比這更復(fù)雜，更精彩！

堅(jiān)硬的芯片，

為什么需要“婀娜多姿”？

具體而言，根據(jù)復(fù)旦官微，該校的彭慧勝、陳培寧團(tuán)隊(duì)突破傳統(tǒng)芯片硅基研究范式，率先提出并制備“纖維芯片”，在彈性的高分子纖維內(nèi)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模集成電路，成功將供電、傳感、顯示、信號(hào)處理等多功能集成于一根纖維之內(nèi)，為纖維電子系統(tǒng)開辟全新的集成路徑！

該成果于北京時(shí)間1月22日凌晨以《基于多層旋疊架構(gòu)的纖維集成電路》（“Fibre integrated circuits by multilayered spiral architecture”）為題發(fā)表于《自然》（Nature）主刊，這就是本文一開頭提到的，登上復(fù)旦官微封面的那項(xiàng)成果。

“冰凍三尺非一日之寒”，任何大成就，都是在小成就基礎(chǔ)上取得的。同樣，這并不是復(fù)旦該團(tuán)隊(duì)首次就該項(xiàng)目取得成果，反而是建立在之前一系列成果基礎(chǔ)上的！

據(jù)復(fù)旦官微，該團(tuán)隊(duì)十幾年來逐步拓展出包括發(fā)光、顯示、儲(chǔ)能、生物傳感等在內(nèi)的30多種功能纖維器件，相關(guān)成果7次登上《自然》（Nature）主刊，部分技術(shù)已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品落地并在汽車等領(lǐng)域得到應(yīng)用。

好奇心，永遠(yuǎn)是探索世界的鑰匙：團(tuán)隊(duì)之所以下定決心要研究“纖維芯片”，其實(shí)來源于一個(gè)看似簡單的問題：傳統(tǒng)芯片是硬質(zhì)、片狀的，能不能把它做成柔軟的纖維？

確實(shí)，無論是CPU芯片，存儲(chǔ)芯片，還是現(xiàn)在的“當(dāng)紅炸子雞”GPU/TPU等各種AI相關(guān)芯片，無論功能有何差異，看起來都像是一堆“鋼鐵俠”，與“柔軟”兩個(gè)字半點(diǎn)不沾邊。但很多前沿的場景應(yīng)用，還偏偏要求芯片既要能夠展現(xiàn)“婀娜多姿”的身段，又能保有一顆堅(jiān)若磐石的心！

眾所周知，“萬物互聯(lián)”的愿景即將來臨，未來接入網(wǎng)絡(luò)世界的，將不止局限于手機(jī)電腦，冰箱電視這些“大件”，我們身上穿的衣服、蓋的杯子、用的所有器物，可能都成為網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)終端！

“工欲善其事必先利其器”，就像手機(jī)、電腦離不開芯片，不同功能纖維器件要想形成完整的系統(tǒng)，具備信息交互功能，也必須有自己的“大腦”：能夠處理信息的核心芯片。如此，方可實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)！

但是長期以來，纖維系統(tǒng)的集成普遍依賴連接硬質(zhì)芯片電路板，這與纖維本身柔軟、透氣、可編織的特點(diǎn)格格不入。復(fù)旦團(tuán)隊(duì)做的，是讓信息處理功能，直接和纖維融為一體，由此，就必須解決芯片的“柔性化”問題！

是“高樓大廈”

更是“折疊城市”

科學(xué)探索的道路從來沒有一帆風(fēng)順的，資料顯示，為了讓芯片能夠“靈活自如”，團(tuán)隊(duì)經(jīng)過無數(shù)攻關(guān)實(shí)驗(yàn)，主要克服了三大難題：

首先是“軟泥地上蓋高樓”。他們通過等離子刻蝕等技術(shù)，將彈性高分子材料的表面粗糙度從幾十納米降至1納米以下，為光刻電路提供了堪比硅晶圓的平整“地基”。

同時(shí)還有“兼容成熟的流水線”。他們開發(fā)的制備方法與現(xiàn)有芯片產(chǎn)業(yè)成熟的光刻工藝兼容，并設(shè)計(jì)了防護(hù)層抵御溶劑侵蝕，為未來規(guī)?；a(chǎn)鋪平了道路。

極致的空間利用更是產(chǎn)品成敗的關(guān)鍵。通過“螺旋式旋疊結(jié)構(gòu)”，他們實(shí)現(xiàn)了長度為1毫米的“纖維芯片”可集成數(shù)萬個(gè)晶體管，其信息處理能力可與一些醫(yī)療植入式芯片相當(dāng)。理論上，1米長的纖維可集成百萬級(jí)晶體管，接近一些經(jīng)典計(jì)算機(jī)處理器的水平。

所謂的“螺旋式旋疊結(jié)構(gòu)”，其實(shí)說起來很簡單：像“卷壽司”一樣，先在彈性高分子薄膜上制作平面電路，再卷成多層螺旋結(jié)構(gòu)（多層旋疊架構(gòu)），這好比把一張畫滿精密電路的平面圖紙，螺旋式地嵌入一根細(xì)線中，從而在極細(xì)的纖維內(nèi)部最大化集成空間。這不但是讓電路住進(jìn)了“高樓大廈”，更是修起了一座“折疊城市”！

“纖維芯片”概念圖

圖片來源：復(fù)旦大學(xué)

雖然結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，但特殊的高分子材料作為基底和封裝，確保“高樓”的“地基”和“外墻”都極具彈性，整體可承受劇烈形變。不僅能耐受彎曲、拉伸、扭轉(zhuǎn)等復(fù)雜形變，甚至被重達(dá)15.6噸的集裝箱卡車碾壓后，依然能夠穩(wěn)定工作！

總而言之，這項(xiàng)成果并非為了取代傳統(tǒng)硅基芯片，而是開創(chuàng)了一個(gè)全新的賽道——纖維電子集成。它通過構(gòu)建一座“柔軟的大廈”，讓電子系統(tǒng)從“附著于身體”真正走向了“編織進(jìn)衣物、融合于組織”。

團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人表示，一根頭發(fā)絲粗細(xì)的纖維，就能集成傳感、處理、刺激反饋等閉環(huán)功能，這在過去是個(gè)不小的挑戰(zhàn)。這項(xiàng)研究成果有望為腦機(jī)接口、電子織物、虛擬現(xiàn)實(shí)等多個(gè)領(lǐng)域變革發(fā)展提供有力支撐。這不但是美好愿景，也是正在發(fā)生的現(xiàn)實(shí)！

熱門賽道

悄然布局

首先來看它在熱門賽道“腦機(jī)接口”中的潛在應(yīng)用：當(dāng)前的腦機(jī)接口設(shè)備往往需要將探針植入大腦，然后再連接體外的一大堆硬邦邦的信號(hào)處理設(shè)備，既不方便也存在風(fēng)險(xiǎn)。

但有了“纖維芯片”，探針，或許可以如同“綿掌”一般柔軟無痕！具體說來，研究人員能在比頭發(fā)絲還細(xì)（直徑僅50微米）的超細(xì)纖維上，直接集成兩大核心功能：

一是超高密度的“傳感——刺激”單元：密度達(dá)到每厘米1024個(gè)通道，這意味著它在極小的空間內(nèi)能同時(shí)與大量的神經(jīng)細(xì)胞進(jìn)行精細(xì)的“對(duì)話”。二是初步的信號(hào)處理電路：相當(dāng)于在纖維里內(nèi)置了一個(gè)“微型指揮所”，可以對(duì)神經(jīng)信號(hào)進(jìn)行初步的整理和解讀。

更重要的是這根纖維的柔軟度與腦組織高度匹配，生物相容性良好。實(shí)測其采集的神經(jīng)信號(hào)清晰度（信噪比達(dá)7.5dB），已與商用成熟設(shè)備持平。這意味著，它不再是以往那種需要復(fù)雜外接的剛性“入侵者”，而是有望成為與神經(jīng)系統(tǒng)和諧共生的智能“守護(hù)者”，為腦科學(xué)研究和疾病治療開辟充滿希望的新路徑。

纖維芯片改變的不僅是病人的治療，還有健康人的穿戴，

現(xiàn)在織物顯示已經(jīng)不是尖端科技，但像一臺(tái)只有屏幕、沒有主機(jī)的“顯示器”，只能展示固定的畫面。而“纖維芯片”的厲害之處，在于它把處理信息的“大腦”（集成電路）直接織進(jìn)了纖維里。單根纖維就能集成密密麻麻的微型“像素點(diǎn)”，讓織物自己就能處理信息、驅(qū)動(dòng)顯示。

這意味著，未來的衣物很可能不止是一件衣服，而變身一臺(tái)高精度計(jì)算機(jī)：

出行時(shí)，揮一揮袖口，不但能夠帶走云彩，還能看到實(shí)時(shí)導(dǎo)航地圖，無需掏出手機(jī)。

運(yùn)動(dòng)時(shí)，衣服本身就能變成健康監(jiān)測屏，實(shí)時(shí)跳動(dòng)顯示你的心率、步數(shù)。

甚至，在通勤路上，衣服的某一處可以直接播放視頻，成為你的隨身“第二屏”。

簡而言之，“纖維芯片”讓織物從被動(dòng)顯示的“幕布”，進(jìn)化成能主動(dòng)計(jì)算、交互的“智能設(shè)備”，真正將科技“穿”在了身上。但這遠(yuǎn)不止于“穿上科技”，而是一場虛擬現(xiàn)實(shí)的交互革命。

當(dāng)前流行的頭顯設(shè)備雖帶來視覺震撼，但其物理重量與交互的“單一性”（僅視聽），讓我們與虛擬世界始終隔著一層“無形的屏障”。而“纖維芯片”的目標(biāo)是徹底顛覆：它將智能分布式地編織進(jìn)手套與衣物，成為輕盈無感的“第二層皮膚”。

核心突破在于，它補(bǔ)全了虛擬世界最關(guān)鍵的真實(shí)感拼圖——觸覺。你的指尖得以“觸摸”虛擬物體的質(zhì)地，或在遠(yuǎn)程手術(shù)中“感受”組織的軟硬。而這，正在成為現(xiàn)實(shí)：據(jù)研究團(tuán)隊(duì)成員介紹，目前，團(tuán)隊(duì)正與附屬中山醫(yī)院科研團(tuán)隊(duì)合作，探索將“纖維芯片“技術(shù)應(yīng)用到心血管介入器械中，有望輔助醫(yī)生更精準(zhǔn)地完成手術(shù)。

這不僅是技術(shù)迭代，更是交互哲學(xué)的根本轉(zhuǎn)變：從將沉重設(shè)備“放在頭上”，到讓智能本身“織入手心”、“融入肌理”。這也印證了，柔性、輕薄、無感化，正是虛擬現(xiàn)實(shí)與人機(jī)交互不可逆轉(zhuǎn)的未來方向。

尾聲

一篇關(guān)于“纖維芯片”的頂刊論文，不僅象征著復(fù)旦的學(xué)術(shù)突破，其深遠(yuǎn)意義更在于為多個(gè)產(chǎn)業(yè)賽道提供了顛覆性的底層解決方案，并再次彰顯了基礎(chǔ)研究驅(qū)動(dòng)社會(huì)變革的核心價(jià)值。這項(xiàng)技術(shù)將如何具體地造福人類？答案，正隨著每一根智能纖維的編織，徐徐展開。

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