“FiberCircuits項目是一項由麻省理工學(xué)院媒體實驗室開發(fā)的微型化框架，旨在將高密度集成電路直接嵌入到可穿戴和可機洗的纖維中。纖維內(nèi)部封裝了 MCU、傳感器和 LED，尺寸極小，例如1.4 毫米寬的 ARM 微控制器和0.9 毫米寬的傳感器，從而實現(xiàn)了防水、耐用的交互式紡織品。”

當前的可穿戴技術(shù)市場雖已形成規(guī)模，但其產(chǎn)品形態(tài)的內(nèi)在局限性正日益凸顯。絕大多數(shù)設(shè)備仍是剛性、笨重的電子模塊，它們被“佩戴”于身體，而非“融入”肌體。這種物理上的隔閡感損害了用戶體驗，嚴重制約了可穿戴設(shè)備發(fā)揮其市場潛力。計算機科學(xué)先驅(qū) Mark Weiser 曾提出“泛在計算 (Ubiquitous Computing)”的愿景，預(yù)言技術(shù)終將“消失并融入我們?nèi)粘Ｉ畹慕Y(jié)構(gòu)之中”。實現(xiàn)這一愿景，要求可穿戴技術(shù)完成一次從“佩戴”到“融入”的范式革命。FiberCircuits 正是為引領(lǐng)這場革命而構(gòu)建的開創(chuàng)性技術(shù)框架，其核心戰(zhàn)略目標是將高性能計算能力無縫織入紡織品，從而實現(xiàn)真正的“無感計算”。

FiberCircuits 項目的價值在于提供了一個從設(shè)計、原型到規(guī)?；a(chǎn)的端到端解決方案。建立了一套將高密度集成電路封裝于纖維內(nèi)部的完整設(shè)計原則與制造藍圖。

提供開源硬件設(shè)計與兼容 Arduino 的軟件平臺，降低了創(chuàng)新門檻，加速整個行業(yè)的研究、開發(fā)與原型驗證進程。

展示了一系列覆蓋虛擬現(xiàn)實（VR）控制到個人安全等領(lǐng)域的功能原型，驗證了該技術(shù)平臺的廣泛市場適應(yīng)性。

提出了一套基于“卷對卷”（Roll-to-Roll）工藝的工業(yè)化生產(chǎn)流程，為實現(xiàn)低成本、大規(guī)模商業(yè)化部署奠定了堅實基礎(chǔ)。

接下來，我們來深入剖析 FiberCircuits 的核心技術(shù)架構(gòu)，揭示其如何將復(fù)雜的電子系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為柔軟、耐用且功能強大的智能纖維。

FiberCircuits 應(yīng)用實例

項目團隊利用 FiberCircuits 平臺構(gòu)建了三個功能完備的原型，展示了其在不同紡織工藝和交互場景中的多樣性。

• VR 手套控制器 (VR Glove Controller) 通過刺繡工藝將一根集成了慣性測量單元（IMU）的主控光纖固定在手套上。該手套能夠?qū)崟r追蹤手指的彎曲程度和手部的空間朝向，可作為虛擬現(xiàn)實（VR）系統(tǒng)的精準輸入設(shè)備，或用于控制音樂合成器等數(shù)字樂器。此原型展示了一種為快速增長的 AR/VR 市場提供低延遲、高保真輸入模態(tài)的途徑，且無需笨重的外部硬件。

• 交互式針織帽 (Interactive Beanie) 過針織工藝將一根 LED 顯示光纖和一根主控光纖無縫集成到一頂帽子中。利用內(nèi)置的加速度計，帽子可以檢測騎行者頭部的傾斜動作，并自動點亮相應(yīng)方向的 LED 作為轉(zhuǎn)向信號燈。該原型驗證了平臺在個人安全和運動穿戴領(lǐng)域的應(yīng)用價值，滿足了市場對免提、直觀信號交互的關(guān)鍵需求。

• 交互式腕帶 (Interactive Wristband) 通過編織工藝將五根 LED 顯示光纖和一根主控光纖結(jié)合，形成一個矩陣式顯示屏。該腕帶可作為健身追蹤器，通過內(nèi)置的加速度計檢測傾斜角度，從而控制屏幕上文字或動畫的滾動速度。此應(yīng)用證明了平臺構(gòu)建完全集成、閉環(huán)系統(tǒng)的能力，使其成為傳統(tǒng)剛性形態(tài)健身追蹤器的直接競爭者。

除了已實現(xiàn)的原型，F(xiàn)iberCircuits 的微型化和集成性也為未來更廣泛的應(yīng)用開啟了想象空間。

• 可穿戴設(shè)備 (Wearables):可集成于智能眼鏡鏡腿中提供免提控制，或制成智能戒指、健康追蹤器，實現(xiàn)無感的生物信號持續(xù)監(jiān)測。
• 環(huán)境智能 (Ambient Intelligence):可織入智能睡眠面罩以監(jiān)測睡眠質(zhì)量，或集成于枕頭、智能音箱的織物表面，創(chuàng)造更自然的人機交互界面。
• 響應(yīng)式宇航服 (Responsive Spacesuits): 可用于宇航服的碰撞檢測、通過觸覺反饋向宇航員發(fā)出警告，甚至在艙外活動中傳遞人體觸摸的反饋，增強宇航員之間的協(xié)作與感知。

FiberCircuits 架構(gòu)

FiberCircuits 技術(shù)從 LED 燈絲等成熟工業(yè)產(chǎn)品中汲取靈感，利用現(xiàn)有且可擴展的柔性電路板（FPC）工藝，通過極致的小型化和創(chuàng)新的封裝技術(shù)，實現(xiàn)了先進電子器件與傳統(tǒng)紡織品的無縫融合。

硬件設(shè)計

原理圖和 PCB 都有 KiCad 設(shè)計，設(shè)計文檔見文末。

FiberCircuits 的基礎(chǔ)是一種寬度介于 1.0 毫米至 1.5 毫米之間的超窄柔性印刷電路板（FPC）。這種纖維形態(tài)的電路板可以承載各種微型集成電路，并根據(jù)功能需求分為兩種主要類型，以實現(xiàn)模塊化的設(shè)計和應(yīng)用。

主控 FiberCircuits 中的雙加速度計允許系統(tǒng)同時追蹤不同維度的運動。例如，在 VR 手套應(yīng)用中，一個加速度計用于測量手指的彎曲程度，而另一個則用于捕捉手部的整體傾斜姿態(tài)，從而實現(xiàn)更復(fù)雜、更精確的動作捕捉。

封裝與防護技術(shù)

為確保電子纖維在日常使用中的高可靠性，F(xiàn)iberCircuits 采用了雙重封裝策略，以應(yīng)對物理磨損和環(huán)境侵蝕的嚴峻挑戰(zhàn)。

• 硅膠涂層 (Silicone Coating)：首先，電路板被一層透明的聚二甲基硅氧烷（PDMS）硅膠完全包裹。這層涂層提供了卓越的防水性能，保護內(nèi)部的精密電子元件免受濕氣和灰塵的侵蝕。
• 編織護套 (Over-braiding)：在硅膠涂層之外，纖維被一層致密的編織物覆蓋。這種外部護套極大地增強了纖維的機械強度和耐用性，使其能夠抵御彎曲、拉伸和摩擦。

這兩種技術(shù)的結(jié)合，使得最終的交互式紡織品不僅堅固耐用，而且支持機洗。解決了傳統(tǒng)電子紡織品因保養(yǎng)與維護不便而導(dǎo)致消費者接受度低的核心痛點，從而極大地提升了其商業(yè)可行性。

通過這種精巧的架構(gòu)設(shè)計，F(xiàn)iberCircuits 成功地將功能與耐用性結(jié)合起來，為下一章節(jié)將要探討的技術(shù)實現(xiàn)細節(jié)奠定了堅實的基礎(chǔ)。

技術(shù)實現(xiàn)與設(shè)計框架

一個成功的技術(shù)平臺，其價值不僅在于架構(gòu)的創(chuàng)新，更在于一系列關(guān)鍵工程權(quán)衡與生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建決策。我們將剖析其在核心處理單元、輸入輸出模態(tài)以及軟件開發(fā)環(huán)境方面的戰(zhàn)略選擇。

核心處理單元選型分析

項目團隊選擇了意法半導(dǎo)體（STMicroelectronics）的 STM32 系列芯片。這一決策是在對市面上多種微型處理器進行全面評估后做出的，旨在實現(xiàn)尺寸、性能、功耗和開發(fā)便捷性之間的最佳平衡。

STM32 芯片憑借其 1.4 毫米的窄尺寸、充足的閃存、內(nèi)置的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）功能以及強大的開源社區(qū)支持（STM32duino），成為 FiberCircuits 平臺的理想選擇。它不僅滿足了極致小型化的要求，還為開發(fā)者提供了一個熟悉且功能豐富的編程環(huán)境，這是構(gòu)建繁榮生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)鍵。

輸入與輸出模態(tài)

FiberCircuits 平臺支持多種輸入（傳感）和輸出（反饋）模態(tài)，既有已經(jīng)實現(xiàn)的原型，也為未來的擴展留下了廣闊空間。

已實現(xiàn)的輸入模態(tài)包括：

• 運動與方向追蹤：通過集成 MEMSIC MMC5633NJL 磁力計（0.9mm 寬）和 MC3672 加速度計（1.1mm 寬），纖維能夠精確捕捉方向、傾斜和運動數(shù)據(jù)。
• 電容式觸摸傳感：利用微控制器內(nèi)置的 ADC 或?qū)Ｓ玫挠|摸感應(yīng)芯片，可以輕松實現(xiàn)觸摸交互。

潛在的輸入模態(tài)：

• 生物信號：可集成光電容積描記（PPG）、皮電活動（EDA）和心電圖（ECG）傳感器，用于健康監(jiān)測。
• 光學(xué)傳感：可集成光敏傳感器或顏色傳感器，用于環(huán)境感知或手勢識別。
• 聲學(xué)傳感：可集成微型麥克風(fēng)，用于語音交互或聲源定位。

已實現(xiàn)的輸出模態(tài)是可尋址的 LED 顯示光纖，能夠形成動態(tài)的視覺顯示矩陣。

前瞻性的輸出模態(tài)則包括利用液晶聚合物（LCPs）實現(xiàn)形狀變化界面，或通過微電流刺激實現(xiàn)觸覺反饋。

軟件與開發(fā)生態(tài)

為了降低創(chuàng)新門檻，讓更廣泛的研究人員和創(chuàng)客能夠使用該平臺，項目團隊通過移植 STM32duino 核心庫，使 FiberCircuits完全兼容 Arduino。用戶可以直接使用簡單的setup()和loop()函數(shù)進行編程，并利用項目團隊提供的定制化開源庫，快速調(diào)用各種傳感器和執(zhí)行器，從而極大地縮短了從概念到原型的開發(fā)周期。

制造工藝與可擴展性分析

一項技術(shù)的商業(yè)價值不僅取決于其設(shè)計上的精巧，更關(guān)鍵的是其是否具備可行的、經(jīng)濟高效的規(guī)模化生產(chǎn)能力。

快速原型制作：光纖激光器

在研發(fā)階段，快速迭代是成功的關(guān)鍵。FiberCircuits 采用光纖激光器（如 JPT 品牌）進行柔性電路板（FPC）的原型制作。該工藝利用高精度激光束在覆銅薄膜上直接蝕刻或切割出電路走線，能夠?qū)崿F(xiàn)高達40μm的線寬精度。這種方法不僅精度高，而且速度快：制作一個復(fù)雜的纖維電路原型僅需約 5 秒鐘。這使得設(shè)計團隊能夠在數(shù)小時內(nèi)完成從設(shè)計、制造到測試的完整閉環(huán)，極大地加速了創(chuàng)新進程。

工業(yè)化量產(chǎn)流程：卷對卷制造

為了實現(xiàn)從米級到公里級的跨越，F(xiàn)iberCircuits 提出了一套完整的“卷對卷”（Roll-to-Roll）連續(xù)制造流程。該流程借鑒了 NFC 標簽等產(chǎn)品的成熟量產(chǎn)經(jīng)驗，將多個生產(chǎn)步驟整合到一條自動化生產(chǎn)線上。

1. 互連合成 (Interconnects Synthesis)使用工業(yè)級光纖激光器在連續(xù)的柔性基材卷上高速雕刻電路圖案。
2. 焊膏沉積 (Solder Paste Deposition)通過模板印刷技術(shù)，將焊膏精確地涂覆在所有元件的焊盤上。
3. SMD 部件貼片 (SMD Parts Pick and Place)高速貼片機自動將微控制器、傳感器和 LED 等表面貼裝器件（SMD）精確放置到涂有焊膏的電路板上。
4. 回流焊爐 (Reflow Oven) 電路板通過一個多溫區(qū)的回流焊爐，焊膏熔化后冷卻，將所有元件牢固地焊接在電路板上。
5. 防水處理 (Waterproofing)通過注塑或涂覆工藝，將硅膠等防水材料均勻地封裝在纖維電路外部。
6. 纖維紋理定型 (Fiber Texture Finalization)根據(jù)需要，在纖維外部進行編織或紡紗，賦予其傳統(tǒng)紗線的外觀和觸感，并進行最終的卷繞。

小結(jié)

FiberCircuits 的主要競爭優(yōu)勢可以歸結(jié)為以下四點，它們共同構(gòu)成了其強大的價值主張：

• 極致小型化 (Extreme Miniaturization): 將高性能電路封裝于直徑僅 1.5mm 的纖維內(nèi)，實現(xiàn)了真正的“隱形”計算，為用戶提供了前所未有的舒適性和無感體驗。
• 卓越耐用性 (Exceptional Durability):經(jīng)過嚴苛的機械和洗滌測試驗證，其堅固的結(jié)構(gòu)和可機洗特性完全滿足日常使用的要求，解決了消費級電子紡織品的關(guān)鍵痛點。
• 開放與易用性 (Openness & Accessibility):基于開源硬件和兼容 Arduino 的軟件生態(tài)系統(tǒng)，極大地降低了開發(fā)者和設(shè)計師的創(chuàng)新門檻，有助于激發(fā)更廣泛的社群參與和應(yīng)用創(chuàng)造。
• 商業(yè)可擴展性 (Commercial Scalability):提出了明確的低成本、高效率的卷對卷（Roll-to-Roll）量產(chǎn)路徑，為從實驗室走向大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)奠定了堅實的基礎(chǔ)。

盡管前景廣闊，F(xiàn)iberCircuits 平臺仍面臨一些挑戰(zhàn)，例如，高度集成化的纖維給材料回收帶來了新的課題。此外，在當前原型中，電源仍需外部連接，實現(xiàn)完全獨立的能源解決方案是未來的重要方向。

為此，項目團隊已經(jīng)規(guī)劃了清晰的未來工作路線圖。中期目標包括集成能量收集組件（如微型光伏電池）和例如 InPlay IN100-W (1.1 毫米寬) 等微型藍牙芯片，以實現(xiàn)無線通信和更高的能源自主性。長遠來看，該技術(shù)有望應(yīng)用于更廣泛的領(lǐng)域，如可植入式醫(yī)療設(shè)備和大規(guī)模的響應(yīng)式建筑材料，最終實現(xiàn) Mark Weiser 所構(gòu)想的，一個技術(shù)與環(huán)境無縫融合的未來。

項目主頁：

https://www.media.mit.edu/projects/fibercircuits/

項目倉庫（含軟硬件源文件）：

https://github.com/FiberCircuits/

論文下載：

https://dam-prod2.media.mit.edu/x/2025/08/10/FiberCircuits_UIST2025_dhvfHS3.pdf