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  智能纖維，尤其是液晶彈性體（LCE）纖維，在軟體機器人和自適應紡織品領域中具有重要應用潛力。然而，現有制備方法多局限于結構均一的整體式纖維，難以實現復雜驅動行為和多自由度形變。

  近日，杭州師范大學材料與化學化工學院劉俊秋/吳柏衡團隊提出了一種連續擠出紡絲平臺，用于構筑具有內在結構非對稱性的Janus液晶彈性體纖維，其設計靈感來源于植物卷須等天然仿生結構。該方法將高可逆驅動的LCE網絡與可動態重排的共價PU網絡協同集成，通過動態鍵交換實現液晶取向的按需編程與重構驅動。所得Janus纖維在力學性能和功能集成方面表現出顯著優勢，能夠實現自適應抓取、刺激響應的定向運動，并可規模化織造成智能織物用于熱管理。該工作通過統一材料響應性與結構可編程性，為構筑具備環境適應能力的仿生軟體機器人和智能纖維系統提供了新的設計范式。

  2026年2月2日，相關成果以“Continuous fabrication of Janus liquid crystal elastomer fibers with programmable actuation”為題發表在《Nature Communications》上。杭州師范大學碩士研究生徐潔、浙江大學博士研究生萬鴻、浙江大學方子正研究員為本文共同第一作者，杭州師范大學劉俊秋教授、吳柏衡副教授為本文通訊作者。杭州師范大學為第一通訊單位。

  受植物卷須中內在結構非對稱性所誘導的各向異性變形機制啟發，作者構建了一種連續非對稱擠出紡絲平臺，在纖維尺度內穩定制備出Janus結構液晶彈性體纖維。該體系通過Janus噴嘴將液晶彈性體（LCE）與動態共價聚氨酯（PU）網絡協同集成，并結合原位紫外固化、差速牽伸及二次固化過程，實現了幾何成型與液晶取向調控的有效解耦。其核心在于LCE與PU在流變行為及聚合動力學上的高度匹配，使兩相能夠連續共擠并同步固化成型，同時經后續熱處理利用PU中的動態鍵交換顯著提升整體力學完整性。在此基礎上，纖維內部同時集成了高取向驅動相與可重排結構相，使其驅動行為具備持續可調的結構基礎（圖1）。

圖1. Janus纖維的仿生設計與連續化制備

  作者進一步提出并驗證了多種基于材料非對稱響應的形狀編程策略：既可在室溫條件下利用LCE的軟彈性實現機械誘導纖維自發卷曲，也可在高溫下借助PU的應力松弛行為完成熱誘導編程，并結合近紅外激光實現空間選擇性激活，從而在單根連續纖維中引入驅動行為的空間異質性（圖2）。

圖2. 基于不同機制實現Janus纖維的可編程卷曲行為

  更為重要的是，該Janus纖維突破了傳統纖維驅動體系中“結構一次固化”的限制，展現出基于動態網絡的可重構驅動特性。依托PU網絡中的動態共價鍵交換，液晶介晶單元的取向狀態能夠在保持高力學穩定性的前提下被反復重排，使同一根纖維可在不同螺旋構型之間實現穩定切換，而無需重新制備。實驗結果表明，在多輪熱驅動與結構重構循環中，纖維的界面完整性與驅動幅度均保持高度一致，幾乎未觀察到明顯疲勞衰減，體現出優異的長期服役可靠性（圖3）。

圖3. 基于動態鍵交換實現的Janus纖維可重編程驅動行為

  基于上述特性，該Janus纖維被用于一系列代表性功能演示，驗證了其在軟體機器人與智能織物等復雜系統中的應用潛力。例如受植物卷須自適應抓取機制啟發，Janus纖維在局域加熱下可發生自主彎曲與螺旋纏繞，實現對物體的穩定抓取與可控釋放。研究者構建了以Janus纖維為驅動單元的“水黽”機器人，通過選擇性NIR激光照射不同取向的纖維腿，可分別實現直線運動與可控旋轉，展現出方向可編程的運動控制能力。此外，具有螺旋梯度結構的彈簧型纖維在受限管道中可借助熱循環產生尺蠖式定向爬行，實現連續位移。最后，Janus纖維可直接織入常規織物結構中，在拉伸誘導的結構重排下顯著提高織物孔隙率與蓬松度，從而實現可逆、可調的隔熱性能（圖4）。總體而言，該工作將結構調控與驅動功能內嵌于纖維本體之中，為下一代纖維基智能材料與仿生系統的設計提供新的思路與范式。

圖4. Janus纖維的多模態驅動行為及應用演示

  該研究受到國家自然科學基金、浙江省自然科學基金、杭州市領軍型創新創業團隊項目、杭州師范大學交叉學科研究項目以及杭州師范大學科研啟動經費的資助。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-68992-2