东华大学先进纤维材料全国重点实验室&材料科学与工程学院王刚等长期从事“半导体纤维+柔性智能系统”领域研究，面向具身智能、精准医疗与沉浸式虚拟现实（VR）等国家战略需求，攻克了从半导体纤维精密制造到柔性系统集成的一系列关键挑战。近期，团队在National Science Review、Advanced Materials、Advanced Science等期刊连续发表4篇研究成果，构建了“感知—计算—交互”的贯通式技术体系，为下一代具身智能纤维系统提供了新的解决方案。

在“制造策略与脑启发计算”层面，团队针对神经形态硬件训练中梯度不可微与高功耗瓶颈，提出“溶剂互扩散固化纺丝（SISS）”策略：通过精准调控溶剂扩散动力学，克服Plateau–Rayleigh不稳定性，制备出具有清晰异质结界面的同轴三层半导体纤维。基于该纤维构建的可调谐织物基垂直有机电化学晶体管（TT-vOECT）能直接模拟Sigmoid导数特性，实现硬件级的替代梯度计算。进一步，团队提出“条件激活反向传播（CAB）”机制，利用双TT-vOECT构建的可重构逻辑阵列，实现了稀疏、事件驱动的权值更新，在脑电信号（EEG）疾病诊断中达到软件级分类精度的同时，减少了约20%的计算冗余，为柔性神经形态硬件平台奠定了基础。（Advanced Materials, 2025: e14904）

图1用于脉冲神经网络反向传播的硬件替代梯度的半导体纤维晶体管

在“构型优化与高保真感知”层面，团队聚焦可穿戴健康监测对高频、弱电生理信号的捕捉需求，提出基于全电纺策略的“共形纳米纤维垂直OECT（NF-vOECT）”平台。该设备创新性地集成了离子渗透纳米纤维电极与半导体纤维阵列，打破了传统致密金属电极对离子输运的路径限制，实现了高效的垂直离子注入。得益于此，NF-vOECT展现出高达57.5 mS的跨导和11.7 ms的极速响应，其增益—速度性能显著优于传统平面纤维器件。利用其内在的放大与频率过滤特性，该系统将心电信号（ECG）的信噪比提升了约40%，结合卷积神经网络实现了约89%的心跳分类准确率，为高保真、呼吸透气的皮肤电子学提供了新方案。（Advanced Materials, 2026: e11945）

图2 用于电生理监测的离子渗透电极共形垂直有机电化学晶体管

在“界面匹配与长效植入诊疗”层面，团队针对传统电子器件与生物组织模量失配导致的信号衰减问题，提出“离子液体（IL）介导相分离”策略，开发出新型n型耗尽型半导体水凝胶。该材料通过构建PBFDO在聚丙烯酰胺（PAAm）矩阵中的互联导电网络，实现了组织级的柔软度（模量与生物组织匹配）与高效的离子—电子耦合输运。基于此研制的全凝胶OECT具有43 mS的高跨导及优异的生物相容性，能够贴合皮肤实时监测ECG/EOG，并可在鼠类皮下长效稳定工作1周，捕捉急性伤害性刺激与心电变化，为植入式生物电子及精准疼痛评估提供了材料支撑。（Advanced Science, 2025: e17375）

图3 用于植入式生理信号监测的全凝胶有机电化学晶体管

在“拓扑设计与沉浸式交互系统”层面，与信智学院张光林团队跨学科合作，突破传统人机交互中物理道具与虚拟资产“一对一”绑定的局限，提出“纤维拓扑触觉代理（FTHP）”架构。受折纸启发，团队通过在柔性织物中嵌入非均匀刚性单元并集成S/Z双捻摩擦电传感纤维，将复杂的物理交互编码为可分类的特征电信号。这种拓扑约束确保了单一纤维表面可动态重构为平板、三角柱或立方体等多种交互终端，且信号鲁棒性高。结合轻量化神经网络（CNN），系统在14种交互动作中的识别准确率达到92.4%，成功演示了在模拟空间探索任务中的多模态指令控制，展现了纤维系统在元宇宙交互领域的巨大潜力。（National Science Review, 2026: nwag041）

图4 用于交互式虚拟现实的织物拓扑触觉代理

这四项成果在研究路径上与前期半导体纤维“可纺—可刻—可集成”的工作一脉相承，并进一步实现了从功能纤维向“感知—计算—交互”智能系统的进展。在材料与制造层面，团队继液晶剪切（Nat. Sci. Rev., 2025, 12: nwaf331）与杂化增强（Adv. Funct. Mater., 2025: e15197）策略之后，开发了溶剂互扩散固化纺丝（Adv. Mater., 2025: e14904）构筑的三层同轴异质结以及离子液体介导相分离制备的半导体水凝胶（Adv. Sci., 2025: e17375），实现了材料维度与生物适配性的深度拓展。在器件层面，从微光刻集成（Adv. Mater., 2025, 37: 2417452）到全电纺垂直架构（Adv. Mater., 2026: e11945）与拓扑逻辑编码（Nat. Sci. Rev., 2026: nwag041），在保持高分辨率的同时显著提升了离电耦合效率与信号识别的鲁棒性。最终，在系统集成层面，团队不仅完成了汗液/糖分的逻辑判别，更突破性地实现了脑启发式神经形态计算与沉浸式拓扑触觉交互，提供了从“高性能感知”到“边缘端计算”再到“人机互馈”的技术路径参考。这些进展标志着纤维基电子器件已从基础的功能单元研究，进入到端到端、高能效、标准化的可穿戴具身智能系统新阶段。

上述研究由东华大学牵头，联合国家体育总局体育科学研究所、上海交大第九人民医院、同济大学、香港城市大学、加州大学洛杉矶分校及愉悦集团等单位共同完成，并获得国家重点研发计划、国家自然科学基金及上海市科委等项目资助。团队未来将深化多功能纤维的异质集成，推进端到端规模化制造，力争在纤维基智能系统产业化方向实现突破。

论文信息：

[1] Fiber Transistors as a Hardware Surrogate Gradient for Backpropagation in Spiking Neural Networks[J]. Advanced Materials, 2025: e14904.

[2] Conformal Vertical Organic Electrochemical Transistors with Ion‐Permeable Electrodes for Electrophysiological Monitoring[J]. Advanced Materials, 2026: e11945.

[3] All‐Hydrogel‐Based Organic Electrochemical Transistors for Implantable Physiological Signal Monitoring[J]. Advanced Science, 2025: e17375.

[4] Fabric topological haptic proxy for interactive virtual reality[J]. National Science Review, 2026: nwag041.