Un computer nascosto nei vestiti: la nuova frontiera dei chip in fibra

Un team di ricercatori della Fudan University di Shanghai ha sviluppato un nuovo tipo di circuito elettronico capace di funzionare all'interno di una fibra flessibile, sottile quanto un capello umano. La tecnologia, definita Fiber Integrated Circuit (FIC) o più informalmente fiber chip, consente a un tessuto di elaborare informazioni in modo autonomo, mantenendo al tempo stesso caratteristiche di morbidezza, elasticità e resistenza meccanica compatibili con l'uso quotidiano.

A differenza dei chip tradizionali, realizzati su substrati rigidi come il silicio e progettati in forma piana, il nuovo approccio sfrutta l'intero volume interno della fibra. I ricercatori hanno adottato un'architettura a spirale multistrato, ispirata alla struttura di un sushi roll: i circuiti vengono costruiti su strati sottili e flessibili, poi arrotolati per massimizzare la densità di integrazione in uno spazio estremamente ridotto.

Secondo quanto riportato nello studio pubblicato su Nature, una sezione di fibra lunga appena un millimetro può integrare circa 10.000 transistor, una capacità di calcolo paragonabile a quella dei chip impiegati nei pacemaker cardiaci. La densità dichiarata raggiunge i 100.000 transistor per centimetro, equivalenti a circa 10 milioni per metro. Estendendo la lunghezza della fibra, è teoricamente possibile arrivare a milioni di transistor, con prestazioni assimilabili a processori commerciali di vecchia generazione.

Oltre alla capacità computazionale, uno degli aspetti più rilevanti riguarda la robustezza meccanica. I test condotti dal gruppo di ricerca indicano che le fibre sono in grado di sopportare migliaia di cicli di piegatura e abrasione, allungamenti fino al 30%, torsioni significative e persino carichi estremi, come lo schiacciamento sotto il peso di un mezzo pesante. Il diametro finale della fibra è di circa 50 micrometri, rendendola comparabile per flessibilità ai tessuti biologici.

Dal punto di vista applicativo, la tecnologia potrebbe avere un impatto significativo nel settore sanitario. Nei sistemi di interfaccia cervello-computer (BCI), le soluzioni attuali impiegano elettrodi rigidi collegati a unità di elaborazione esterne. L'integrazione di sensori, logica di calcolo e attuatori all'interno di una singola fibra morbida apre alla possibilità di sistemi chiusi, più sicuri e confortevoli, potenzialmente utili nel trattamento di patologie neurologiche.

Anche il settore della realtà virtuale e dei tessuti intelligenti potrebbe trarre beneficio dal nuovo approccio. Guanti tattili realizzati con fibre computazionali potrebbero risultare indistinguibili da normali indumenti, ma capaci di rilevare e simulare la sensazione di superfici e materiali. Secondo i ricercatori, ciò potrebbe trovare applicazione anche nella chirurgia robotica remota, consentendo al medico di percepire la consistenza dei tessuti a distanza.

Il team della Fudan University afferma inoltre di aver già sviluppato un processo produttivo compatibile con le attuali tecnologie dell'industria dei semiconduttori, aprendo alla produzione su larga scala. Resta ora da valutare come queste soluzioni potranno essere integrate in dispositivi commerciali e quali saranno i limiti pratici in termini di potenza, dissipazione termica e affidabilità nel lungo periodo.