可穿戴系統迎來“織入式”芯片 | 前沿動態

原文發表于 《科技導報》2026年第3期科技新聞-前沿動態

可穿戴系統迎來“織入式”芯片

柔軟的“纖維芯片”在手指上打結照片（圖片來源：復旦大學官網）

柔性電子和電子織物被視為下一代可穿戴系統、腦機接口與沉浸式交互技術的重要基礎。然而，長期以來，纖維系統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、可編織的形態優勢存在根本矛盾，成為制約該領域發展的關鍵瓶頸。

復旦大學彭慧勝、陳培寧團隊突破傳統硅基集成電路“平面化”研究范式，提出并實現了一種在彈性高分子纖維內部集成大規模電路的新路徑。研究人員通過設計多層旋疊架構，在單根纖維中構建起具備完整信息處理能力的集成電路系統，即“纖維芯片”。其信息處理能力已可與典型商業芯片相當，同時保持高度柔軟并適應拉伸、彎曲和扭轉等復雜形變。2026 年 1 月 22 日，相關研究成果發表于

Nature

傳統芯片制造依賴在平整、剛性的硅片表面構建高密度電路，而纖維體系不僅曲率大、表面起伏明顯，還會在使用過程中持續發生形變，幾乎不具備常規光刻的“理想條件”。針對這一根本矛盾，研究團隊提出了一種“重構芯片形態”的設計思想：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，最大化利用纖維內部空間，從而在有限直徑內實現高集成度。

圍繞這一架構，研究團隊歷時約 5 年，系統性地建立了可在彈性高分子材料上直接進行高密度光刻的制備路線。其中的關鍵技術突破包括：

• 一是通過等離子刻蝕對彈性高分子表面進行精細調控，將表面粗糙度降低至 1 nm以下，滿足商業光刻對平整度的嚴格要求，光刻精度達到實驗室級光刻設備的最高水平；

• 二是在彈性襯底上引入一層致密的聚對二甲苯納米膜，該膜層既能抵御光刻過程中多種溶劑的侵蝕，又與下方彈性高分子形成“硬-軟異質結構”，有效分散纖維在拉伸、扭轉等形變過程中施加在電路層上的應變。

值得關注的是，該制備方法并非實驗室“定制工藝”，而是與現有芯片產業中成熟的光刻制造工藝兼容。研究團隊通過研制原型裝置、設計標準化流程，已初步實現“纖維芯片”的實驗室級規模化制備。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定。

通過將晶體管與電容、電阻等元件高效互連，“纖維芯片”已具備完整的數字與模擬電路運算能力，并可進一步集成有機電化學晶體管以實現神經計算。實驗推算顯示，在當前實驗室級 1 μm光刻精度下，長度1 mm的纖維即可集成數萬個晶體管，其信息處理能力可與部分醫療植入式芯片相當；若纖維長度擴展至 1 m，集成晶體管數量有望提升至百萬級，接近經典計算機中央處理器的集成水平（當前實驗已實現約105個晶體管/cm）。研究團隊指出，這種將傳感、信號處理與反饋刺激“織入”單根纖維的集成范式，有望突破腦機接口、電子織物與虛擬現實等領域長期依賴外接剛性芯片的結構瓶頸。

（綜合：

Nature

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