Bild ©: Fudan University in Shanghai
Ein Forschungsteam der Fudan University in Shanghai hat geschafft, was bislang als kaum realisierbar galt: Es hat komplexe Schaltkreise in haardünne Fasern integriert. Das Ergebnis sind sogenannte Fiber Chips – flexible, robuste und leistungsfähige Recheneinheiten, die sich direkt in Kleidung einarbeiten lassen. Diese Fasern können weit mehr als nur leuchten oder die Temperatur messen. Das Forschungsteam stellt sich Kleidungsstücke vor, die Navigationshinweise, Gesundheitsdaten oder sogar Videos direkt auf dem Ärmel anzeigen können. Eine solche Interaktivität von Textilien würde einen großen Fortschritt für die tragbare Elektronik bedeuten.
Vom starren Chip zur flexiblen Faser
Moderne Elektronik basiert fast ausschließlich auf starren Siliziumchips. Zwar werden diese immer kleiner, doch ihre mangelnde Flexibilität bleibt ein Problem. Besonders für textile Anwendungen, bei denen Dehnbarkeit und Belastbarkeit entscheidend sind.
Die neue Technologie setzt genau hier an: Fiber Chips bestehen aus einer mehrschichtigen, spiralförmig gewickelten Struktur innerhalb einer einzelnen und flexiblen Faser. Leitfähige, halbleitende und isolierende Materialien greifen dabei ineinander und bilden vollständige integrierte Schaltkreise – inklusive Transistoren, Logikbausteinen und Speichern.
Trotz ihrer geringen Größe ist die Leistung beachtlich. In einer nur 50 Mikrometer dünnen Faser stecken zehntausende Transistoren pro Zentimeter. Dünner als ein Haar, erreichen die Fasern eine Rechenleistung, die bislang klassischen Mikrochips vorbehalten war. Damit fordert die Entwicklung aus Shanghai die traditionelle Art und Weise, wie Computerchips hergestellt werden, heraus.
Wie kommt der Chip in die Faser?
Das Herstellungsverfahren von Fiber Chips ist denkbar clever. Die komplexen Schaltkreise werden zunächst auf eine ultradünne Elastomer-Folie gedruckt und dann spiralförmig zur Faser gerollt. Die empfindlichen Schaltkreise liegen dadurch geschützt im Inneren der Spirale bzw. der Faser.
Die Konstruktion erweist sich als überraschend widerstandsfähig: Die Fasern halten Dehnungen von bis zu 30 Prozent sowie starke Verdrehungen aus – und das über tausende Zyklen hinweg. Selbst nach rund hundert Waschgängen und unter tonnenschwerem Druck bleiben sie funktionsfähig.
Neue Perspektiven für Design und Funktion
Nicht nur für die Produktentwicklung von smarten Textilien bedeutet die Forschung mehr als nur ein weiteres Hightech-Feature. Die Entwicklung könnte einen grundlegenden Wandel einläuten. Künftige Textilentwicklungen könnten nicht nur Garnstärke, Stoffkonstruktion und Oberflächenhaptik berücksichtigen, sondern auch Rechenleistung, Signalverarbeitung und Systemintegration.
Die Anwendungsmöglichkeiten für Fiber Chips sind vielfältig: von medizinischer Monitoring-Bekleidung über adaptive Sporttextilien bis hin zu interaktiver Mode. Denkbar sind Stoffe, die Vitaldaten erfassen und direkt auswerten, oder Arbeitskleidung, die ihre Umgebung analysiert.
Die nächste Innovationswelle könnte damit nicht mehr nur auf Bildschirmen stattfinden, sondern direkt im Stoff auf der Haut – unsichtbar, flexibel und intelligent.
Die Forschungarbeit, der Fudan University wurde kürzlich in der Zeitschrift Nature veröffentlicht. Interessante Einblicke bietet auch ein Video, das von ShanghaiEye auf Youtube veröffentlicht wurde.