Un computer dentro un capello umano: il chip-fibra che cambia indossabili, AR e BCI

Una squadra di ricercatori guidata da scienziati della Fudan University di Shanghai ha realizzato un progresso significativo nel campo dell’elettronica flessibile: un circuito integrato completo — con capacità di calcolo — inserito all’interno di un fibra sottile quanto un capello umano, capace di resistere a deformazioni estreme pur mantenendo funzioni di elaborazione dati. La tecnologia, pubblicata sulla rivista Nature, rappresenta una possibile rottura delle limitazioni che fino ad oggi hanno frenato l’elettronica indossabile di nuova generazione.

Come funziona il “chip-fibra”

Tradizionalmente, i microchip sono costruiti su substrati rigidi di silicio, con un’architettura planare che limita drasticamente la loro integrazione in materiali flessibili o tessuti.

I ricercatori di Shanghai hanno invece adottato una soluzione radicalmente diversa, ispirandosi alla forma di un rotolo di sushi: circuiti elettronici (transistor, resistori, condensatori) sono disposti su un foglio ultra-liscio costruito su un elastomero, quindi arrotolati in una configurazione spirale multistrato dentro la fibra stessa. In questo modo si sfrutta l’intera sezione trasversale del filo, non solo la superficie esterna.

L’architettura interna permette di ottenere una densità di integrazione fino a 100.000 transistor per centimetro di fibra: una quantità tale che, estendendo il filo alla lunghezza di un metro, si può raggiungere un totale di milioni di transistor.

Resilienza e flessibilità estreme

Uno degli aspetti più impressionanti di questa tecnologia è la sua robustezza meccanica.

I test di laboratorio hanno dimostrato che le fibre non solo mantengono la funzionalità dopo 10.000 cicli di piegamento e abrasione, ma possono essere allungate fino al 30%, torcersi a 180°, resistere a temperature elevate, lavaggi ripetuti e persino a pressioni di oltre 15,6 tonnellate.

Tale livello di adattabilità è fondamentale perché apre la strada a un’elettronica che non è un componente “aggiunto” alla stoffa, ma parte integrante del tessuto stesso.

Potenziali applicazioni reali

Le possibilità di impiego spaziano in campi che fino a pochi anni fa sembravano confinati alla fantascienza.

Il primo campo applicativo sono le interfacce cervello-computer (BCI, Brain-Computer Interfaces): utilizzano elettrodi rigidi collegati tramite cavi a processori esterni. La fibra-chip propone un’alternativa morbida e biocompatibile: fili sottili ed elastici come i tessuti biologici del cervello potrebbero leggere, elaborare e trasmettere segnali neurali senza le limitazioni fisiche di componenti rigidi, potenzialmente abilitando dispositivi con minore rischio di danni ai tessuti e maggiore comfort per l’utente.

Integrando le nuove fibre nei vestiti, l’abbigliamento potrebbe diventare una piattaforma di calcolo attiva, capace di monitorare i parametri vitali in tempo reale, visualizzare informazioni direttamente sulla superficie del tessuto, adattare termoregolazione o risposta sensoriale, gestire comunicazioni locali o con altri dispositivi.

Nei dispositivi immersivi come guanti per realtà virtuale o aumentata, i fili con capacità di elaborazione integrata possono offrire feedback tattile distribuito e dinamico. La tecnologia potrebbe rendere queste interazioni altamente realistiche, permettendo a un guanto di “ricreare” la sensazione al tatto di oggetti virtuali senza hardware ingombrante.

Sfide e prospettive future

Sebbene il lavoro attuale rappresenti un salto importante, la tecnologia è ancora in fase di sviluppo sperimentale:

• La densità di transistor raggiunta oggi è paragonabile a quella di processori di fascia molto bassa o di sistemi dedicati (come pacemaker), non a CPU moderne ad alte prestazioni.
• La compatibilità con i processi produttivi su larga scala è dichiarata ma resta da confermare nei contesti industriali reali.
• L’integrazione completa con altri sistemi elettronici nei prodotti consumer richiederà standard nuovi per progettazione, produzione e manutenzione.

Tuttavia, la prospettiva di un’elettronica completamente flessibile e tessibile, che conserva capacità di calcolo reale, è ritenuta un tassello chiave per un ampio ventaglio di sviluppi futuri.