赛微电子:脑机接口的MEMS

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在《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十五个五年规划的建议》中,一项曾被视为科幻的技术,与量子科技、生物制造等一同被明确列为前瞻布局的六大未来产业之一,肩负着“再造一个中国高技术产业”的宏伟使命。这项技术,就是脑机接口。

国家层面的定调并非空谈。工信部等七部门随即联合印发《关于推动脑机接口产业创新发展的实施意见》,设定了清晰的发展蓝图:到2027年,关键技术取得突破;到2030年,形成安全可靠的产业体系,综合实力迈入世界前列。这标志着一场由生命科学和信息科学深度融合驱动的产业革命,正在国家战略的强力牵引下,从实验室加速驶向产业化的广阔天地。

脑机接口的本质,是在人脑与外部设备(计算机、机械假肢等)之间建立一条不依赖于外周神经和肌肉的直接通信通路。它通过采集、解码大脑活动产生的信号,将其转化为控制指令;或反之,向大脑输入特定信号以进行调控,从而实现生物智能与机器智能的协同交互。

根据信号采集方式与大脑的接触程度,脑机接口主要分为三类,其特性与挑战截然不同:

1.侵入式脑机接口

特点:通过开颅手术将电极等设备直接植入大脑皮层或深部,以获得最高质量的神经信号。

优点:信号时空分辨率极高,可实现单个神经元级别的记录与精细控制。

缺点:手术风险高,存在长期生物相容性、免疫排斥及设备稳定性的严峻挑战。

2.非侵入式脑机接口

特点:通过佩戴在头皮上的设备(如脑电帽)采集信号,完全无创。

优点:安全无创,使用便捷,成本相对较低。

缺点:信号被颅骨和头皮严重衰减,信噪比低,难以解析复杂的精细意图。

3.半侵入式脑机接口

特点:将电极等设备植入颅腔,置于硬脑膜外或软脑膜上,不直接接触大脑皮层。

优点:在信号质量和创伤风险间取得平衡,信号优于非侵入式,风险低于侵入式。

缺点:仍需手术,信号质量与长期稳定性介于两者之间。

产业意义:脑机接口初期以医疗康复为突破口,帮助瘫痪、失语、帕金森病等患者恢复功能;远期则可能深刻改变人机交互方式,甚至增强人类认知能力。

脑机接口产业已形成一条从基础硬件到终端应用、分工明确的完整链条

1.产业链上游:核心软硬件(产业的基石)

这是技术壁垒最高、决定整个系统性能上限的环节,被业内视为产业的“皇冠”。

①电极/传感器:直接与神经系统交互的“哨兵”,技术核心在于提升通道数、生物相容性和长期稳定性。

②芯片:包括高通道脑信号采集芯片、超低功耗处理芯片和高速通信芯片,是系统的“心脏”。

③算法与软件:负责将原始脑电信号“翻译”成可执行指令的“大脑”,依赖于先进的AI解码技术。

2.产业链中游:产品与系统集成(价值的整合者)

此环节负责将上游技术整合为可用的产品或解决方案。

代表性企业:包括Neuralink、脑虎科技等侵入式系统厂商,以及博睿康、BrainCo等提供非侵入式设备的企业。

3.产业链下游:应用场景与解决方案(价值的实现场)

技术在此落地,创造真实的社会与经济价值。医疗健康是当前最核心的领域,覆盖神经康复、精神疾病诊疗等;同时,在消费娱乐、工业控制和特种领域的前景也日益广阔。

在产业链上游,“高性能电极 - 专用芯片 - 核心算法”构成的“铁三角”,是真正的高技术壁垒区,也是全球竞争和国产替代最激烈的战场。

1. 高性能电极:追求极致生物相容性与密度

传统刚性电极与柔软脑组织的机械不匹配会导致炎症和信号衰减。前沿突破集中在柔性高密度电极上。例如,中国科学院团队研发的超柔性神经电极,其截面仅为Neuralink所用电极的1/5到1/7,柔性超百倍,能让脑细胞几乎“意识”不到异物的存在,从而实现了更长期稳定的信号记录。代表如阶梯医疗的超柔性电极(尺寸为头发丝的1/100),以及中国科学院与阶梯医疗合作研发的、基于MEMS工艺的“未形成免疫瘢痕”的超柔性神经微电极。

2. 专用芯片:高集成与低功耗的终极挑战。

脑机接口芯片需在极小的体积和功耗下,完成海量神经信号的并行采集、处理和无线传输。目前,专用芯片仍部分依赖进口,发展自主可控的高性能芯片是国家政策重点攻关方向。

3. 核心算法:意图解码的“大脑”。

这是将硬件能力转化为智能控制的关键。利用人工智能从噪声中提取特征,精准识别运动、语言甚至情绪意图,算法的优劣直接决定了产品的用户体验和应用广度。华为、腾讯等提供底层算法支持,而脑虎科技等公司则在汉语实时解码等具体应用上取得突破。

在攻克“高性能电极”这一核心挑战时,微机电系统技术已被公认为当前实现高性能、可植入脑机接口的主流且最优的工程解决方案。这并非仅仅因为它能制造微型器件,而是因为它提供了一套系统性的工程哲学,以解决脑机接口面临的根本矛盾。

从原理上看,MEMS技术具有不可替代的三大优势:

①半导体级精密与一致性:MEMS沿用半导体工艺,可在晶圆上批量制造出尺寸、性能高度一致的微电极阵列,为实现成千上万个记录通道的高密度集成提供了唯一可行的产业化路径。

②材料与结构的无限可能:MEMS工艺可以加工聚酰亚胺等生物相容性极佳的柔性材料,制造出与脑组织刚度匹配的“神经探针”,从而最大限度减少植入创伤和免疫排斥反应,这是实现长期稳定记录的前提。

③通往系统集成的必由之路:MEMS技术能够与CMOS工艺结合,在电极上或邻近区域集成预处理电路,为未来实现“传感-处理”一体化的微型片上系统奠定了基础,这对于降低系统整体功耗和体积至关重要。

上海交通大学刘景全教授团队的最新研究,正是MEMS优势的体现。他们利用MEMS阳极键合工艺开发新型微电极阵列,旨在简化传统复杂工艺,提高生产效率,并展现了良好的生物相容性和长期记录潜力。这证明了MEMS是持续推动电极技术迭代升级的核心驱动力

需要厘清的是,MEMS是一种基础制造工艺,而非某类特定产品。它既能用于制造最前沿的侵入式柔性探针,也能用于提升半侵入式皮层电极网格的性能,甚至可以为高端非侵入式设备制造更精密的传感器。因此,当产业追求更高性能、更小创伤、更智能集成的未来时,MEMS技术是绕不开的底层支撑。

①侵入式:制造高密度柔性神经探针(如阶梯医疗、Neuralink方案)。

②半侵入式:制造更薄、更贴合的皮层表面电极网格。

③非侵入式:制造微型化、高舒适度的干/湿电极。

因此,MEMS并非单一产品,而是一套能够系统性解决脑机接口在“信号质量、组织损伤、可制造性”三角难题的基础制造哲学。

近期,景昱医疗的侵入式脑机接口产品获国家药监局批准,用于治疗药物成瘾,成为全球首个获批该适应症的同类产品。这个案例生动诠释了产业链的联动与MEMS的未来机遇。

1. 定位与意义:该产品属于典型的下游医疗应用,而景昱医疗则是中游系统集成商。它的获批,首先验证了侵入式脑机接口作为第三类医疗器械的严肃医疗商业化路径完全可行,为整个行业注入了强心针。

2. 对上游“铁三角”的拉动:此类产品的量产与迭代,将直接向上游提出更明确、更迫切的需求。为了追求更佳的疗效和更小的副作用,下一代产品必然会对电极的长期稳定性、芯片的功耗与集成度提出更高要求。

3. 明确MEMS的受益逻辑:当前的DBS产品可能基于传统电极技术,但其未来的升级方向(更小、更智能、更闭环)与MEMS技术的优势方向高度重合。景昱医疗的案例,如同打开了市场的大门,门后的赛道终点,正是MEMS技术所赋能的高性能、智能化硬件。因此,这一成功并非直接给现有MEMS厂商带来订单,而是强力证明了市场对高端侵入式产品的接受度,从而从需求端为MEMS技术的全面应用铺平了道路,将催生更多类似产品的研发和上市,从而从需求端拉动对高性能核心硬件的追求。

在这一宏大图景中,赛微电子作为全球领先的MEMS芯片专业制造厂商,其定位和潜在受益路径清晰而关键。

明确的平台型定位:公司处于产业链最上游,其核心价值是提供先进的MEMS工艺开发与制造服务。公司已明确表示,其MEMS生物芯片技术是脑机接口技术体系的一部分,并已服务于全球多家生物医疗科技公司。

受益逻辑:长期确定性与短期间接性

1.长期看,潜力巨大:如果侵入式/半侵入式脑机接口产业如预期般爆发,对高性能MEMS生物芯片(尤其是柔性电极等)的制造需求将呈指数级增长。赛微电子凭借其工艺平台,有望成为核心的“卖水人”,分享行业成长的最大红利。

2.短期看,存在不确定性:公司亦坦诚,尚不明确其现有芯片是否已直接用于脑机接口产品。这揭示了从“具备技术能力”到“获得批量订单”之间,需要跨越下游产品研发、临床试验、获批上市等漫长环节。其短期业绩与脑机接口产业的关联是间接的。

3.对于赛微电子来说:现有DBS产品的制造,对其业绩拉动可能有限。但景昱医疗这类产品的获批,极大地打开了整个侵入式脑机接口的医疗市场。这个市场的爆发和产品迭代,将最终驱动下游厂商去追求更高性能的硬件,从而将订单导向具备先进MEMS制造能力的上游厂商。赛微电子的机会在于此,其受益程度取决于整个产业升级的速度和其自身获取订单的能力。

4.核心结论:赛微电子手握通往脑机接口未来的“钥匙”——先进的MEMS制造能力。其长期价值与整个产业,尤其是高端侵入式路线的成功深度绑定。虽然商业化的全面共振仍需时间,但国家战略的推进、类似景昱医疗等里程碑案例的涌现,都在不断强化其未来受益的确定性。对于这样的企业,投资者的目光需要穿透短期的业绩迷雾,聚焦于其技术壁垒能否在产业爆发时,转化为不可替代的供应地位。

脑机接口,这项旨在融合生命与机器智慧的前沿科技,已不再悬浮于科幻的苍穹。在“十五五”国家战略的强力推动下,它正沿着清晰的产业链条扎实落地。这场革命的胜负手,在于能否攻克上游“铁三角”的技术堡垒,而MEMS技术,正是目前攻坚战中不可或缺的主流武器。

未来,从帮助瘫痪者重获自由的机械臂,到调节异常神经活动的智能起搏器,脑机接口正在重新定义生命的可能性。这条道路上,既有像景昱医疗这样的开拓者验证应用价值,也离不开赛微电子等基础工艺提供者构筑技术基石。这是一场需要耐心、远见与跨学科协同的漫长征程,而其终点,或许将是人类与自身智能的一次全新对话。

个人观点,仅供参考

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