Các nhà khoa học thuộc Đại học Phúc Đán (Trung Quốc) mới đây đã công bố phát triển thành công một loại chip bán dẫn hoàn toàn mới, dày chỉ như một sợi tóc nhưng linh hoạt đến mức có thể uốn cong, xoắn, kéo giãn mà vẫn hoạt động ổn định. Đáng chú ý, loại chip này thậm chí có thể chịu được sức nặng của một chiếc xe tải 15,6 tấn cán qua mà không bị hư hỏng.

Vượt qua giới hạn của chip truyền thống

Trong nhiều thập kỷ qua, chip bán dẫn chủ yếu được chế tạo dưới dạng tấm phẳng, cứng, dựa trên nền silicon. Dù có khả năng xử lý mạnh mẽ, những con chip này lại rất “mong manh” trước việc uốn cong hay xoắn vặn, khiến chúng khó có thể ứng dụng trong quần áo thông minh hoặc cấy ghép vào cơ thể người.

Chính hạn chế này đã kìm hãm sự phát triển của nhiều công nghệ mới, đặc biệt là thiết bị đeo và các ứng dụng y tế thế hệ tiếp theo.

Thay vì việc chế tạo linh kiện điện tử trực tiếp trên một sợi dây vốn rất khó thực hiện, các nhà nghiên cứu đã bắt đầu từ một bề mặt phẳng. Họ tạo ra một tấm polymer có khả năng kéo giãn, được xử lý để đạt độ nhẵn gần như hoàn hảo, với độ nhám chưa tới 1 nanomet.

Trên nền tấm polymer này, nhóm đã sử dụng các quy trình sản xuất chip tiêu chuẩn như quang khắc để chế tạo đầy đủ các thành phần linh kiện điện tử cốt lõi của một con chip, bao gồm bóng bán dẫn (transistor), điện trở và tụ điện.

Để tăng độ bền của con chip, toàn bộ hệ thống linh kiện được phủ thêm một lớp polymer bảo vệ, giúp chống lại tác động của hóa chất và chuyển động cơ học. Sau đó, tấm polymer mang chip được cuộn lại thành hình xoắn ốc chặt chẽ, tương tự cách cuộn cơm sushi. Cuối cùng, cấu trúc này được niêm phong, tạo thành một sợi chip hoàn chỉnh với các linh kiện nằm an toàn bên trong.

Theo nhóm nghiên cứu, sợi chip mới không chỉ linh hoạt mà còn sở hữu mật độ linh kiện đáng kinh ngạc. Mỗi centimet sợi chứa khoảng 100.000 transistor. Điều này đồng nghĩa, chỉ với 1 mét vật liệu, sợi chip đã đạt năng lực xử lý tương đương một bộ xử lý máy tính (CPU) đời cũ.

Sợi chip có thể xử lý cả tín hiệu kỹ thuật số lẫn tín hiệu tương tự, đồng thời thực hiện các tác vụ nhận dạng hình ảnh dựa trên mạng thần kinh đơn giản. Đây là bước tiến lớn, bởi trước đây các vật liệu dạng sợi chủ yếu chỉ đóng vai trò cảm biến, gần như không có khả năng xử lý dữ liệu độc lập.

Kết quả thử nghiệm cho thấy, sợi chip có thể chịu được khoảng 10.000 lần uốn cong và ma sát mà không suy giảm hiệu năng. Nó vẫn hoạt động bình thường sau khi bị kéo giãn hơn 30%, xoắn tới 180 độ, thậm chí có thể giặt rửa và chịu được nhiệt độ lên tới 100°C.

Một thử nghiệm đã gây ấn tượng mạnh khi sợi chip này vẫn “sống sót” sau khi bị một chiếc xe tải nặng 15,6 tấn cán qua cho thấy độ bền vượt trội của cấu trúc này.

Mở ra tương lai cho thiết bị đeo và y học

Theo các nhà nghiên cứu, công nghệ chip dạng sợi có thể tạo ra bước ngoặt cho thiết bị đeo thông minh, cho phép xử lý dữ liệu trực tiếp ngay trên quần áo hay phụ kiện mà không cần đến các module cứng, cồng kềnh.

Trong lĩnh vực thực tế ảo và phẫu thuật từ xa, các sợi chip có thể được tích hợp vào găng tay thông minh, giúp người dùng “cảm nhận” được kết cấu và độ cứng của vật thể. Điều này có thể cho phép bác sĩ phẫu thuật cảm nhận mô từ xa, hoặc mang lại trải nghiệm xúc giác chân thực hơn trong các trò chơi điện tử.

Ứng dụng y sinh cũng được đánh giá là một hướng đi đầy tiềm năng. “Cơ thể con người chủ yếu bao gồm các mô mềm. Những lĩnh vực mới nổi như giao diện não – máy tính đòi hỏi các hệ thống điện tử phải tương thích với độ mềm mại này”, nhà nghiên cứu Peng Huisheng, thành viên nhóm nghiên cứu, cho biết.

Theo nhóm tác giả, hệ thống sợi chip hoàn toàn linh hoạt này sẽ mở đường cho các mô hình tương tác mới trong những ứng dụng tiên tiến như giao diện não – máy tính, dệt may thông minh, thiết bị đeo thực tế ảo và nhiều công nghệ của tương lai.