自然界中，植物叶片在环境湿度变化下会表现出卷曲、皱缩等自适应运动，同时伴随颜色改变，这为智能软体驱动器的设计提供了宝贵灵感。然而，如何在驱动器上同时实现高驱动性能、可编程变形和颜色变化反馈功能，仍是当前研究的难点。

  近日，合肥工业大学胡颖教授团队受叶片结构和变色行为启发，开发了一种基于Nafion-结晶紫-MXene@Fe?O?（NCMF）复合材料的条纹结构湿度驱动器，实现了湿度刺激下协同的形状变形与颜色变化。该工作通过磁场辅助取向方法构建了类似叶脉的条纹结构，赋予驱动器可编程的变形能力。凭借独特的材料及结构设计，该驱动器表现出大弯曲角度（288°）、快速响应（205.7°/s）、高负载能力和可逆的颜色变化，为未来智能仿生软体机器人的设计提供了新思路。

  2026年3月25日，该研究成果以“Leaf-Inspired Programmable and Color-Changing Moisture-Responsive Actuator for Bionic Soft Robotics”为题发表在《Advanced Functional Materials》上。

  受植物叶片中叶脉结构对弯曲方向的调控作用以及叶片的颜色转变机制启发，研究人员设计了一种具有条纹结构的NCMF复合薄膜驱动器（图1）。其中，Nafion作为亲水离子聚合物提供优异的水分子吸收能力；结晶紫作为pH指示剂，与Nafion结合可以实现不同湿度刺激下的可逆颜色变化；MXene@Fe?O?复合颗粒则兼具亲水性和磁响应性。通过将混合溶液转移到预设磁铁阵列上，MXene@Fe?O?颗粒在磁场诱导下会自发聚集并形成条纹图案，该图案可通过调整磁铁排布方式实现灵活定制。该制备方法简单、可扩展，为可编程驱动器的设计提供了新途径。

图1. 叶片启发的可编程变形及湿敏变色驱动器的设计

图2. NCMF薄膜的结构与表征

图3. NCMF薄膜的湿致变色原理及性能

图4. NCMF薄膜的湿度驱动性能与可编程变形

图5. 基于NCMF驱动器的举重机器人与湿驱智能夹具的应用

图6. 基于NCMF驱动器的湿驱自振荡、爬行机器人及智能口罩应用

图7. 基于NCMF驱动器的仿生应用展示

  总结：该工作受植物叶片结构与变色行为启发，通过磁场辅助取向策略构筑了具有可编程条纹结构的NCMF湿度响应驱动器，实现了大弯曲角度、快速响应、高负载能力、可逆颜色转变等多功能集成。基于该驱动器，研究团队展示了包括仿生夹具、举重机器人、自振荡器件、爬行机器人、智能口罩、仿生手、仿生植物等多种应用场景。该研究为设计兼具可编程形变与变色的高性能湿敏驱动器提供了新思路，有望推动下一代智能仿生软体机器人的发展。

  上述研究工作得到了国家自然科学基金、安徽省自然科学基金和中央高校基础科研基金等项目的大力支持。合肥工业大学博士生李林为论文第一作者，合肥工业大学胡颖教授为论文通讯作者。

  原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202524225

  参考文献：[1] L. Li, X. Xu, X. Li, H. Zhang, and Y. Hu. Leaf-Inspired Programmable and Color-Changing Moisture-Responsive Actuator for Bionic Soft Robotics. Adv. Funct. Mater. 2026, e24225.