Forschungsteam bringt einen kompletten Computer in einem dünnen Faden unter

Ein neuartiges Material aus der Forschung verändert die Vorstellung davon, wie Elektronik in Zukunft aussehen könnte: winzige, hochkomplexe Schaltkreise direkt in extrem dünne Fasern eingebettet. Forscher:innen an der Fudan-Universität in Shanghai haben es geschafft, komplette integrierte Schaltungen in einen flexiblen Faden zu integrieren, der dünner ist als ein menschliches Haar und sich wie ein Stück Stoff anfühlt. Diese sogenannten „Fiber Chips“ markieren einen Paradigmenwechsel weg von starren, flachen Mikroprozessoren hin zu elastischen, alltagsfähigen Recheneinheiten, die sich fast nahtlos in Kleidung und sogar medizinische Implantate einfügen lassen.

Wie funktionieren „Fiber Chips“ und was macht sie besonders?

Traditionelle Computerchips basieren auf starren Siliziumplatten, die sich kaum biegen oder dehnen lassen. Bei den neuen Fasern hingegen wird die gesamte Elektronik nicht auf eine Oberfläche gedruckt, sondern in einer spiralförmig geschichteten Architektur im Inneren des Fadens untergebracht. Auf nur einem Millimeter Länge können so rund 10 000 Transistoren untergebracht werden – in etwa so viele wie in einem Herzschrittmacherchip. Würde man die Faser auf einen Meter ausdehnen, könnten darin Millionen von Transistoren Platz finden und damit ähnliche Rechenleistung wie ein Desktop-Prozessor erreichen. Jede einzelne Faser enthält zudem nicht nur Schalter, sondern auch andere elektronische Bauteile wie Widerstände oder Kondensatoren, die eine vollständige analoge und digitale Signalverarbeitung ermöglichen.

Die winzigen Fäden bleiben dabei überraschend robust: Sie überstehen zehntausende Biegezyklen, lassen sich um mehr als ein Drittel verlängern, verdrehen und sogar in der Waschmaschine waschen. Solche Eigenschaften sind grundlegend für die Integration von Elektronik in Textilien, ohne dass der Tragekomfort oder die Funktionalität beeinträchtigt wird. Insbesondere deshalb betonte Chen Peining, Forscher am Institut für Faserwerkstoffe und -geräte der Fudan-Universität, dass die Fertigungsmethode „hoch kompatibel mit den derzeit in der Chipindustrie genutzten Werkzeugen“ sei – ein wichtiger Schritt Richtung industrieller Produktion.

Anwendungsfelder von intelligenten Textilien bis zu Medizin

Die potenziellen Einsatzgebiete dieser Technologie sind breit und reichen weit über simple Spielereien hinaus. In der Medizin könnten die Fasern als biokompatible Implantate fungieren, die ähnlich flexibel wie Hirngewebe sind. Professor Peng Huisheng, der die Studie leitete, wies darauf hin, dass gerade Anwendungen im Bereich der zukünftigen Hirn-Computer-Schnittstellen weiche und nachgiebige elektronische Systeme erfordern, damit sie tatsächlich im menschlichen Körper funktionieren können. In einem solchen Kontext könnten Sensorik, Datenverarbeitung und therapeutische Stimulation innerhalb desselben Fadens ablaufen, was heute nur mit komplex verkabelten und starren Systemen möglich ist.

Auch im Bereich der tragbaren Elektronik eröffnen die Faserchips neue Perspektiven. Kleidung könnte künftig nicht nur Daten sammeln und mit Gesundheits- oder Umweltdaten versorgen, sondern aktiv rechnen, anzeigen oder interagieren. Denkbar sind intelligente Textilien, die auf Körpertemperatur reagieren, Bewegungsdaten in Echtzeit analysieren oder als Benutzeroberfläche fungieren. In der virtuellen Realität könnten Handschuhe aus solchen Fasern taktile Rückmeldungen geben, die sich für die Anwender nicht von der realen Hand anfühlen. Die Möglichkeit, Elektronik vollständig in das Gewebe eines Kleidungsstücks zu integrieren, dürfte diese Anwendungen deutlich weiterbringen als bisherige Systeme, die externe Chips oder Module benötigen.

Herausforderungen und Ausblick

Trotz dieser Fortschritte stehen noch Herausforderungen vor einer breiten kommerziellen Anwendung. Die Herstellung in großem Maßstab muss nicht nur effizient, sondern auch kosteneffektiv sein, um in Alltagsprodukten eingesetzt zu werden. Die langfristige Zuverlässigkeit unter verschiedenen Bedingungen, vom Waschen bis zu extremen Temperaturen oder mechanischer Belastung, muss weiterhin gründlich untersucht werden. Doch die bisherigen Ergebnisse sind vielversprechend und zeigen, dass die Grenzen zwischen klassischer Elektronik, Textilien und Biomedizin immer mehr verschwimmen. Mit dieser Technologie könnte die Zukunft von Computern nicht auf Platten, sondern in Fasern gesponnen werden – ein Ansatz, der viele Industrien fundamental verändern könnte.

via Universität Fudan