柔性执行器是软体机器人、可穿戴系统、人工肌肉以及智能医疗设备中的核心功能单元，其性能直接决定系统的效率、响应速度与功能复杂度。尽管高电压、电加热或高温刺激能够实现较高的驱动输出，但这些条件往往不适用于人体可穿戴或生物相关应用。因此，开发能够在温和，人机兼容刺激（如体温、低电压、湿度、太阳光照）下运行，同时能够产生优异驱动性能的柔性执行器，是该领域亟需解决的关键科学与工程问题。然而，现有材料体系普遍存在一个长期瓶颈：温和刺激下难以同时兼具高应变与高功率密度，形成性能“不可兼得区”。

  针对上述领域难题，在本项工作中，研究者们提出了一种全新的材料设计理念(Figure 1)：通过分子工程策略调控轻度交联液晶（LC）凝胶，构筑能够同时实现大预拉伸和厚度方向取向梯度的液晶弹性体（LCE）。在第一阶段交联中，通过控制反应程度获得具有高拉伸率和动态氢键作用的轻度交联网络，使材料在不破坏结构的情况下可被预拉伸至 2000%。与此同时，在材料制备过程中，溶剂在厚度方向上挥发速度不同，材料内部形成了稳定的交联密度梯度。在后续机械拉伸时，这一梯度进一步转化为液晶取向梯度，使材料在加热至体温时能够自动形成螺旋结构，显著提高驱动应变。这种基于LC凝胶的化学网络调控与结构梯度协同设计，使得材料在体温下即可展现远超既有体系的驱动性能。

  2025年12月3日，该工作以A Soft Actuator with Simultaneous Ultra-High Actuation Strain and Power Density Under Human-Safe Stimuli为题发表在《Advanced Materials》上。第一作者/通讯作者是澳大利亚沃隆港大学材料工程学院研究员蒋臻博士。合作者包括澳大利亚沃隆港大学Geoff Spinks教授，李卫华教授以及Gursel Alici教授。

Figure 1. (a) 柔性执行器的设计和制备以及(b, c)驱动性能对比

  根据这项创新的材料设计策略，研究团队成功制备出一种可在 37 °C 下响应的高性能柔性体执行器，其表现具有突破性：可逆驱动应变高达 88%，功率密度达到 1960 W/kg。这些指标均超越以往所有体温驱动或温和刺激驱动的柔性执行器，首次实现了高应变，高功率密度以及温和刺激源响应的性能集成，从根本上突破了该领域长期存在的性能权衡限制。此外，该方法无需复杂仪器或昂贵工艺，具有良好的普适性和可扩展性。为了展示材料在工程应用中的可行性，研究团队构建了旋转式软体机器人引擎以及温敏断路保护开关的功能性装置(Figure 2)，进一步验证了材料在软体机器人以及电子器件保护等方向的应用潜力。

Figure 2. 基于该高性能低温响应柔性执行器构建的旋转式软体机器人引擎以及温敏断路保护开关的功能性装置

  值得一提的是，该工作也是蒋臻博士在柔性执行器领域持续研究的又一个重要进展。过去数年，他系统性地研发了多类高性能柔性执行器材料，包括高强度柔性水凝胶执行器（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），液晶弹性体 (Adv. Mater. 2023, 35, e2210419; Adv. Mater. 2024, 11, e2402278; Adv. Mater. 2025, 11, 10.1002/adma.202518370)。此外，蒋臻博士近期收到英国皇家化学会邀请，撰写了两部关于柔性执行器的专题书籍章节，均已进入出版流程。

  原文链接：http://doi.org/10.1002/adma.202518370

作者简介：

蒋臻博士，本研究的第一作者和通讯作者，沃隆港大学研究员，澳大利亚优秀青年基金获得者（ARC DECRA Fellow），近期全职加入国内半导体企业担任首席科学家。曾经师从复旦大学俞燕蕾教授，研究方向涵盖柔性执行器，水凝胶以及高性能光刻胶材料。在柔性执行器领域，迄今发表二十余篇第一作者或主要通讯作者论文，发表于 Science, Advanced Materials, Angewandte Chemie International Edition, Journal of the American Chemical Society, Advanced Functional Materials, Advanced Science, Materials Horizon, Chemistry of Materials 等国际期刊。在光刻胶材料领域，博士阶段在澳大利亚昆士兰大学Andrew K. Whittaker 教授的指导支持下，承担并主导多个光刻胶产业合作项目，其中包括与陶氏化学（Dow Chemical）的光刻胶联合研发。他提出并验证了一种新型聚合物设计策略，用于显著降低EUV光刻胶的线边缘粗糙度（LER），该技术被业界采纳用于后续工艺与材料体系优化。