可穿戴系统迎来“织入式”芯片 | 前沿动态

柔性电子和电子织物被视为下一代可穿戴系统、脑机接口与沉浸式交互技术的重要基础。然而，长期以来，纤维系统仍需依赖外接的刚性块状芯片完成信息处理，这与纤维本身柔软、可拉伸、可编织的形态优势存在根本矛盾，成为制约该领域发展的关键瓶颈。

复旦大学彭慧胜、陈培宁团队突破传统硅基集成电路“平面化”研究范式，提出并实现了一种在弹性高分子纤维内部集成大规模电路的新路径。研究人员通过设计多层旋叠架构，在单根纤维中构建起具备完整信息处理能力的集成电路系统，即“纤维芯片”。其信息处理能力已可与典型商业芯片相当，同时保持高度柔软并适应拉伸、弯曲和扭转等复杂形变。2026 年 1 月 22 日，相关研究成果发表于Nature。

传统芯片制造依赖在平整、刚性的硅片表面构建高密度电路，而纤维体系不仅曲率大、表面起伏明显，还会在使用过程中持续发生形变，几乎不具备常规光刻的“理想条件”。针对这一根本矛盾，研究团队提出了一种“重构芯片形态”的设计思想：不再追求在纤维表面“摊平”电路，而是将多层集成电路沿纤维轴向螺旋式旋叠，最大化利用纤维内部空间，从而在有限直径内实现高集成度。

围绕这一架构，研究团队历时约 5 年，系统性地建立了可在弹性高分子材料上直接进行高密度光刻的制备路线。其中的关键技术突破包括：

• 一是通过等离子刻蚀对弹性高分子表面进行精细调控，将表面粗糙度降低至 1 nm以下，满足商业光刻对平整度的严格要求，光刻精度达到实验室级光刻设备的最高水平；

• 二是在弹性衬底上引入一层致密的聚对二甲苯纳米膜，该膜层既能抵御光刻过程中多种溶剂的侵蚀，又与下方弹性高分子形成“硬-软异质结构”，有效分散纤维在拉伸、扭转等形变过程中施加在电路层上的应变。

值得关注的是，该制备方法并非实验室“定制工艺”，而是与现有芯片产业中成熟的光刻制造工艺兼容。研究团队通过研制原型装置、设计标准化流程，已初步实现“纤维芯片”的实验室级规模化制备。该芯片可承受 1 mm 半径弯曲、20% 拉伸形变，水洗、卡车碾压后性能依然稳定。

通过将晶体管与电容、电阻等元件高效互连，“纤维芯片”已具备完整的数字与模拟电路运算能力，并可进一步集成有机电化学晶体管以实现神经计算。实验推算显示，在当前实验室级 1 μm光刻精度下，长度1 mm的纤维即可集成数万个晶体管，其信息处理能力可与部分医疗植入式芯片相当；若纤维长度扩展至 1 m，集成晶体管数量有望提升至百万级，接近经典计算机中央处理器的集成水平（当前实验已实现约10⁵个晶体管/cm）。研究团队指出，这种将传感、信号处理与反馈刺激“织入”单根纤维的集成范式，有望突破脑机接口、电子织物与虚拟现实等领域长期依赖外接刚性芯片的结构瓶颈。