Chinas Faserchip zeigt der Welt die Zukunft der Wearables
Faserchip der Fudan-Universität: Tausende Transistoren in einer hauchdünnen, flexiblen Faser – verknotet auf einem Finger demonstriert die Technologie ihre extreme Biegsamkeit.
(Bild: Fudan Universität)
Dünner als ein Haar, flexibel wie Stoff – und übersteht sogar 100 Waschgänge: Der Chip, der in jede Jacke passt.
Smarte Kleidung gibt es schon länger. Jacken, die Herzschläge messen, oder Shirts, die Berührungen erkennen. Doch all diese Textilien hatten bisher ein Problem: Sie benötigten externe Computerchips, um die gesammelten Daten zu verarbeiten.
Doch diese Chips sind starr, flach und unbequem. Sie machen aus weichem Stoff ein steifes Konstrukt. Der neue Faserchip der Fudan-Universität ändert das grundlegend.
Erstmals verarbeitet die Faser selbst die Informationen – und denkt sozusagen mit. Das macht externe Prozessoren überflüssig und öffnet die Tür zu Textilien, die wirklich wie normale Kleidung aussehen und sich auch so anfühlen.
Wie es möglich wurde – Architektur und Aufbau des "Faserchips"
Das Team der Fudan-Universität in Shanghai löste das Problem mit einem cleveren Trick: Sie nutzten nicht nur die Oberfläche der Faser, sondern ihren gesamten Innenraum. So bauten sie die Schaltkreise in einer mehrschichtigen Spiralarchitektur auf.
Man kann sich das wie eine aufgerollte Zeitung vorstellen. Die Schaltungen werden zunächst auf einem elastischen Substrat gefertigt und dann zu einer dünnen Faser zusammengerollt.
Das Ergebnis ist eine elastische Polymerfaser, die als vollständiges Mikrocomputersystem fungiert. Sie vereint Verarbeitung, Speicher und Signalfähigkeiten in einem einzigen Strang.
Leistungs- und Dichte-Skalierung – vom Millimeter zur Meter-Faser
Die Zahlen sind beachtlich: In nur einem Millimeter Faser finden 10.000 Transistoren Platz. Das entspricht der Rechenleistung eines Herzschrittmachers. Pro Zentimeter erreicht die Integrationsdichte sogar 100.000 Transistoren.
Verlängert man die Faser auf einen Meter, könnten Millionen von Transistoren integriert werden. Das würde der Leistungsstärke eines Standard-Desktop-Prozessors entsprechen.
Die Fasern verarbeiten sowohl digitale als auch analoge Signale. Zusätzlich ermöglichen sie neuronale Berechnungen mit hoher Erkennungsgenauigkeit – vergleichbar mit modernen Bildprozessoren.
Robustheit & Alltagstauglichkeit – Flexibel und dennoch "chipartig"
Die Fasern sind etwa 50 Mikrometer dünn – dünner als ein menschliches Haar also. Professor Peng Huisheng beschreibt sie als "so flexibel wie Gehirngewebe".
Die Tests zur Robustheit lesen sich wie ein Stresstest für Extremsportler: 10.000 Zyklen Biegen und Abrieb, 30 Prozent Dehnung, Verdrehung um 180 Grad pro Zentimeter. Sogar die Kompression durch einen 15,6-Tonnen-Lkw überlebten die Fasern.
Für den Alltag noch wichtiger: Sie überstehen mehr als 100 Waschgänge und Temperaturen bis 100 Grad Celsius. Ihre Kleidung könnte also ganz normal in die Waschmaschine.
Kompatibilität mit Chip-Industrie & Massenproduktion
"Unsere Herstellungsmethode ist in hohem Maße kompatibel mit den derzeit in der Chip-Industrie verwendeten Werkzeugen", erklärt Forscher Chen Peining. Das Team hat nach eigenen Angaben bereits eine Möglichkeit zur Massenproduktion gefunden.
Die aktuelle Lithografie-Präzision liegt bei einem Mikrometer. Mit zukünftiger Nanometer-Fotolithografie könnte die Integrationsdichte weiter steigen.
Im Labor wurde bereits eine vorläufig skalierbare Herstellung erreicht. Die Infrastruktur für die Massenproduktion ist damit grundsätzlich vorhanden.
Was dadurch möglich wird – Anwendungen ohne starre externe Prozessoren
Die spannendsten Anwendungen liegen im medizinischen Bereich. Bei Gehirn-Computer-Schnittstellen könnten die weichen Fasern starre Elektroden ersetzen. Sensorik, Datenverarbeitung und Stimulation würden in einem einzigen Strang stattfinden.
Für smarte Textilien eröffnen sich gänzlich neue Möglichkeiten: Kleidung als interaktiver Bildschirm, Navigation auf dem Ärmel statt auf dem Handy, Trainingskleidung mit Echtzeit-Gesundheitsdaten.
"Intelligente taktile Handschuhe aus Faserchips sind von gewöhnlichem Stoff nicht zu unterscheiden", sagt Chen. Chirurgen könnten damit bei ferngesteuerten Roboteroperationen die Härte von Gewebe "fühlen".
Die Grenze zwischen Stoff und Computer beginnt zu verschwimmen.