在自然界中，鱼群和鸟群展现出协调一致的群体运动，启发了人们对自组织行为的研究。然而，要在无需电子控制的软体系统中实现类似的自主、可编程群体运动仍是一大挑战。关键科学问题在于：如何设计具备稳定自驱动力的单元结构，以及如何通过结构耦合实现方向性运动。

图1. 系统概念与材料组成。

  近期，芬兰坦佩雷大学郭洪爽博士基于热致液晶弹性体材料，提出了一种结构驱动的全软体系统，实现了热驱动的可编程群体运动行为（图1）。研究中，研究者首先构建了可在热梯度下实现翻转运动的环状液晶弹性体结构（图2），系统研究了单个环、两个环连接以及三个环连接后的不同运动特性。单个环可持续旋转但无质心位移，而双环间的机械耦合可引发整体旋转行为（图3）；当连接数增加至三个，特定连接手性（??或??）可诱导出方向性平移，实现仿生群体运动（图4）。进一步地，研究还提出了后编程策略，可通过简单翻转环体实现运动方向的可逆调控，大幅提升了软体系统的可控性与可重构性。该研究揭示了结构连接关系在全软体自驱系统中对运动行为的主导作用，为无电子控制的智能软体机器人设计提供了新的思路。相关成果以“ Emergent Locomotion in Self-Sustained, Mechanically Connected Soft Matter Rings”为题发表在《Advanced Materials》期刊上。

图2. 单个环的基本特征。

图3. 两个环的运动规律。

图4. 三个环的运动规律。

  该工作是郭洪爽博士近年来围绕智能液晶弹性体材料合成与功能构建研究的最新进展之一。液晶弹性体作为一种具有刺激响应性的智能材料，其结构–性能关系的精细调控一直是实现高阶功能的关键挑战。为此，郭洪爽博士聚焦于光、热等刺激下的形变响应，发展了系列新型液晶弹性体构筑策略，构建出可实现可逆形状记忆与自主驱动的智能系统。在前期工作中，其提出利用卤键构筑可编程、可重塑的液晶弹性体网络，首次实现了体温响应形状记忆液晶弹性体与适温编程液晶弹性体（Nat. Commun. 2022，13, 7436.；Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202309402. ； Adv. Mater. 2024, 36, 2303740.），并探索了其在变形驱动器中的可控运动行为（Multifunct. Mater. 2022, 5, 024001.；Adv. Funct. Mater. 2022, 32, 2108919.）。此外，其还基形状记忆功能与光响应结合，制备多功能执行器（Adv. Funct. Mater. 2024, 34, 2312068. ；J. Mater. Chem. B, 2025, 13, 1704-1711.）。本项工作进一步提出利用环状结构之间的机械耦合，实现无需编程控制的群体自组织运动，展示了结构连接方式在驱动行为调控中的重要作用，推动了全软体、自驱动材料体系的功能边界。

  论文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202503519?af=R