Gli elaboratori di domani potrebbero non assumere la forma di telefoni intelligenti o orologi tecnologici. La rivoluzione potrebbe nascondersi negli indumenti che portiamo quotidianamente. Questa visione emerge grazie a un team di studiosi cinesi che ha creato un microprocessore filamentoso estremamente sottile, in grado di effettuare calcoli, processare informazioni e sopportare le sollecitazioni comuni ai materiali tessili: piegamenti, torsioni, cicli di lavaggio e deterioramento giornaliero.
L’iniziativa prende forma presso i laboratori della Fudan University in Cina, dove i ricercatori hanno integrato un circuito elettronico complesso dentro una fibra più fine di un capello. Il prodotto finale è un filamento morbido e adattabile come un tessuto tradizionale, ma equipaggiato con autentiche capacità di elaborazione. Non parliamo di un semplice rilevatore: questo filamento può processare informazioni, svolgere operazioni di intelligenza artificiale elementare e identificare immagini, avvicinando i materiali tessili al concetto di autentici elaboratori da indossare.
I creatori della ricerca definiscono apertamente questa innovazione come una rivoluzione per l’elettronica adattabile, evidenziando come questa tecnologia possa trasformare i dispositivi filamentosi in sistemi intelligenti integrati, oltrepassando i confini delle attuali soluzioni indossabili.
Dal microprocessore rigido al circuito arrotolato
Inserire elettronica sofisticata dentro una fibra flessibile rappresenta una sfida immensa. I microprocessori convenzionali sono rigidi e piatti, mentre un filamento è curvo, disomogeneo e sottoposto a deformazioni continue. Realizzare circuiti direttamente sulla sua area è paragonabile, come ha illustrato il ricercatore Chen Peining, a costruire un palazzo su un suolo instabile e irregolare, confidando che resista a ogni sollecitazione.
La strategia adottata dal gruppo è stata tanto elementare quanto brillante: non assemblare il chip sul filamento, ma all’interno del filamento. Gli studiosi hanno inizialmente prodotto un foglio ultrasottile, elastico e perfettamente uniforme a livello nanometrico. Su questa base hanno potuto applicare le tecniche classiche di litografia dell’industria semiconduttrice per creare transistor, resistenze, condensatori e diodi, proteggendo successivamente il tutto con uno strato isolante contro sostanze chimiche e usura.
La fase cruciale arriva immediatamente dopo. Questo foglio elettronico viene avvolto su se stesso come un involtino, formando una spirale compatta che viene poi incorporata in una fibra polimerica. Nasce così il cosiddetto fiber integrated circuit (FIC), una struttura che permette di concentrare un’enorme quantità di componenti in uno spazio ridottissimo.
Le cifre sono straordinarie: circa 100.000 transistor per centimetro di filamento. In sostanza, un singolo metro di filo può ospitare milioni di transistor, un ordine di grandezza comparabile a quello delle CPU dei computer tradizionali di alcuni decenni fa.
Sottile come un capello, resistente come un cavo industriale
Questi filamenti hanno un diametro di circa 50 micrometri, mentre un capello umano misura intorno ai 70 micrometri. Nonostante le dimensioni microscopiche, dimostrano una resistenza eccezionale. Possono essere estesi fino al 30%, attorcigliati ripetutamente e sottoposti a oltre 10.000 cicli di piegatura e abrasione senza compromettere le prestazioni.
Le prove di laboratorio hanno portato la fibra al limite: ha continuato a operare dopo essere stata compressa con una pressione equivalente a 15,6 tonnellate, scaldata fino a 100 gradi Celsius e persino dopo 100 cicli di lavaggio in lavatrice. Caratteristiche essenziali pensando a un impiego concreto nell’abbigliamento di tutti i giorni.
Dal punto di vista operativo, questi chip filamentosi possono gestire sia segnali analogici che digitali e sono capaci di eseguire operazioni di calcolo neurale, come l’identificazione di immagini, con un’elevata precisione.
Un altro elemento fondamentale è la compatibilità industriale. Secondo Peining, il metodo di produzione è pienamente compatibile con gli strumenti già impiegati nell’industria dei semiconduttori, rendendo la fabbricazione su vasta scala non solo teoricamente realizzabile, ma già tecnicamente attuabile.
Dalla medicina alla realtà virtuale
Se questi filamenti computazionali diventeranno di uso diffuso, gli indumenti potrebbero trasformarsi in piattaforme intelligenti. Potrebbero rilevare parametri vitali, raccogliere informazioni sulla salute, mostrare dati o persino contribuire alla regolazione della temperatura corporea.
Nel settore della realtà virtuale e aumentata, si aprono prospettive ancora più concrete. Guanti realizzati con questi filamenti possono offrire un feedback tattile estremamente realistico, pur rimanendo indistinguibili da un normale tessuto. Secondo gli studiosi, chirurghi impegnati in operazioni robotiche a distanza potrebbero “percepire” la consistenza dei tessuti, migliorando precisione e sicurezza.
In campo medico, l’impatto potenziale è considerevole. La flessibilità di questi filamenti è comparabile a quella del tessuto cerebrale, rendendoli adatti anche come impianti morbidi e biocompatibili. Applicazioni come il monitoraggio dell’epilessia, il trattamento del Parkinson e l’assistenza nella chirurgia cardiovascolare e neurologica sono già in fase di studio, in collaborazione con strutture ospedaliere.
La ricerca, pubblicata sulla rivista Nature, lascia intravedere una nuova generazione di smart textiles, in cui il confine tra abbigliamento ed elettronica diventa sempre più sottile. Letteralmente.
Fonte: Nature