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  柔性執行器是軟體機器人、可穿戴系統、人工肌肉以及智能醫療設備中的核心功能單元，其性能直接決定系統的效率、響應速度與功能復雜度。盡管高電壓、電加熱或高溫刺激能夠實現較高的驅動輸出，但這些條件往往不適用于人體可穿戴或生物相關應用。因此，開發能夠在溫和，人機兼容刺激（如體溫、低電壓、濕度、太陽光照）下運行，同時能夠產生優異驅動性能的柔性執行器，是該領域亟需解決的關鍵科學與工程問題。然而，現有材料體系普遍存在一個長期瓶頸：溫和刺激下難以同時兼具高應變與高功率密度，形成性能“不可兼得區”。

  針對上述領域難題，在本項工作中，研究者們提出了一種全新的材料設計理念(Figure 1)：通過分子工程策略調控輕度交聯液晶（LC）凝膠，構筑能夠同時實現大預拉伸和厚度方向取向梯度的液晶彈性體（LCE）。在第一階段交聯中，通過控制反應程度獲得具有高拉伸率和動態氫鍵作用的輕度交聯網絡，使材料在不破壞結構的情況下可被預拉伸至 2000%。與此同時，在材料制備過程中，溶劑在厚度方向上揮發速度不同，材料內部形成了穩定的交聯密度梯度。在后續機械拉伸時，這一梯度進一步轉化為液晶取向梯度，使材料在加熱至體溫時能夠自動形成螺旋結構，顯著提高驅動應變。這種基于LC凝膠的化學網絡調控與結構梯度協同設計，使得材料在體溫下即可展現遠超既有體系的驅動性能。

  2025年12月3日，該工作以A Soft Actuator with Simultaneous Ultra-High Actuation Strain and Power Density Under Human-Safe Stimuli為題發表在《Advanced Materials》上。第一作者/通訊作者是澳大利亞沃隆港大學材料工程學院研究員蔣臻博士。合作者包括澳大利亞沃隆港大學Geoff Spinks教授，李衛華教授以及Gursel Alici教授。

Figure 1. (a) 柔性執行器的設計和制備以及(b, c)驅動性能對比

  根據這項創新的材料設計策略，研究團隊成功制備出一種可在 37 °C 下響應的高性能柔性體執行器，其表現具有突破性：可逆驅動應變高達 88%，功率密度達到 1960 W/kg。這些指標均超越以往所有體溫驅動或溫和刺激驅動的柔性執行器，首次實現了高應變，高功率密度以及溫和刺激源響應的性能集成，從根本上突破了該領域長期存在的性能權衡限制。此外，該方法無需復雜儀器或昂貴工藝，具有良好的普適性和可擴展性。為了展示材料在工程應用中的可行性，研究團隊構建了旋轉式軟體機器人引擎以及溫敏斷路保護開關的功能性裝置(Figure 2)，進一步驗證了材料在軟體機器人以及電子器件保護等方向的應用潛力。

Figure 2. 基于該高性能低溫響應柔性執行器構建的旋轉式軟體機器人引擎以及溫敏斷路保護開關的功能性裝置

  值得一提的是，該工作也是蔣臻博士在柔性執行器領域持續研究的又一個重要進展。過去數年，他系統性地研發了多類高性能柔性執行器材料，包括高強度柔性水凝膠執行器（Science 2022, 376, 245; Adv. Mater. 2019, 31, 1904956; Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 7049; Mater. Hori. 2025, 10.1039/d5mh01365h; Chem. Mater. 2021, 33, 7818; Adv. Sci. 2020, 7, 2001379），液晶彈性體 (Adv. Mater. 2023, 35, e2210419; Adv. Mater. 2024, 11, e2402278; Adv. Mater. 2025, 11, 10.1002/adma.202518370)。此外，蔣臻博士近期收到英國皇家化學會邀請，撰寫了兩部關于柔性執行器的專題書籍章節，均已進入出版流程。

  原文鏈接：http://doi.org/10.1002/adma.202518370

作者簡介：

蔣臻博士，本研究的第一作者和通訊作者，沃隆港大學研究員，澳大利亞優秀青年基金獲得者（ARC DECRA Fellow），近期全職加入國內半導體企業擔任首席科學家。曾經師從復旦大學俞燕蕾教授，研究方向涵蓋柔性執行器，水凝膠以及高性能光刻膠材料。在柔性執行器領域，迄今發表二十余篇第一作者或主要通訊作者論文，發表于 Science, Advanced Materials, Angewandte Chemie International Edition, Journal of the American Chemical Society, Advanced Functional Materials, Advanced Science, Materials Horizon, Chemistry of Materials 等國際期刊。在光刻膠材料領域，博士階段在澳大利亞昆士蘭大學Andrew K. Whittaker 教授的指導支持下，承擔并主導多個光刻膠產業合作項目，其中包括與陶氏化學（Dow Chemical）的光刻膠聯合研發。他提出并驗證了一種新型聚合物設計策略，用于顯著降低EUV光刻膠的線邊緣粗糙度（LER），該技術被業界采納用于后續工藝與材料體系優化。