中国上海复旦大年夜学的研究团队日前宣布，他们已在比人类头发还要细的柔性纤维内部，构建出复杂电子电路，打造出一种被称为“纤维芯片”的超细计算线程，相干成果已揭橥于《天然》期刊。团队介绍，这项技巧研发历时十余年，目标是为可穿戴设备、智能纺织品以及新一代脑机接口供给真正柔性、可大年夜范围量产的计算与感知平台。
智能纤维并非初次出现，科研界多年来一向测验测验将导电与感知功能嵌入织物，实现更隐形、更天然的人机交互。然而，如安在如棉纱般渺小的空间内塞进复杂电子元件，一向是技巧瓶颈之一；同时，传统芯片固然在尺寸上赓续缩小，但其平面、刚性的构造与柔嫩织物之间存在天然冲突，很难做到真正“像布一样”弯折和扭转。
为冲破这一限制，复旦团队摒弃了将电子元件“贴”在纺织品外面的思路，而是采取层叠和螺旋绕制构造，在超细纤维内部构建立体电路。在这种架构下，研究人员在仅1毫米长度的纤维中集成了约1万只晶体管，使其处理才能大年夜致相当于一枚心脏起搏器所用的芯片。团队指出，假如将这种纤维延长至1米（约3.3英尺），就有望容纳数百万只晶体管，整体算力可以与一台典范台式计算机相媲美，而这些“计算单位”仍以线状存在，可被织入衣物之中。
不仅如斯，每根纤维中还集成了电阻、电容和二极管等元件，构成可同时处理数字和模仿旌旗灯号的闭环混淆体系，使其不仅能运算，还具备旌旗灯号采集与疗养才能。这意味着，将来的智能纺织品有望在“单线”层面完成数据采集、预处理和传输，而非依附粗笨的外接模组。
据介绍，这种纤维芯片直径约为50微米，而通俗人类头发的直径大年夜约在70微米阁下，是以在视觉和触感上更接近惯例纺织纤维。其高度柔嫩的机械特点不仅合适做裁缝物，也与脑组织等软组织的力学性质相当，为其在神经医疗范畴的植入应用打开了空间。研究团队在论文中指出，这一材料在柔嫩性和生物相容性方面表示凸起，有望成为智能神经植入和其他软体医疗器械的平台材料。
“人体重要由软组织构成，是以将来的脑机接口等新兴范畴急切须要柔嫩、适应性强的电子体系。”本研究负责人之一、复旦大年夜学研究人员彭慧胜在接收新华社采访时表示。据介绍，这项技巧将来可望用于缓解帕金森病、癫痫和中风等疾病的相干症状，或被集成到周详器械中，作为高灵敏度传感元件应用。
在可穿戴应用方面，研究团队已经用纤维芯片制造出一款“智能触觉手套”。复旦大年夜学纤维材料与器件研究院的陈培宁介绍，这类手套在外不雅和触感上与通俗织物无异，却可以或许感知并模仿不合物体的触感。在长途机械人手术场景中，大夫佩带此类手套，有望“感知”组织硬度差别，从而在隔空操作时获得更接近直觉的触觉反馈。
科研团队同时强调，实验室原型要走向真实应用，还必须解决范围化制造和耐用性问题。为此，他们采取与现有芯片家当高度兼容的制程工艺，并传播鼓吹已经实现纤维芯片的批量临盆路径。在模仿日常应用的测试中，这种纤维经历了跨越1万次弯折和摩擦轮回，仍能保持功能；在拉伸实验中，纤维可遭受约30%的伸长率，并能轻松扭转。此外，它经受住了100次水洗，以及约100摄氏度高平和相当于15.6吨卡车压重的压力考验。
今朝，研究团队正与病院合作，将纤维芯片技巧向心血管外科偏向转化，摸索其在导管、支架或手术帮助手段中的应用可能。“我们欲望，有一天基于‘纤维芯片’的电子织物，可以或许像今天的手机和电脑一样高效地交换信息。”陈培宁表示。
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