智能纤维，尤其是液晶弹性体（LCE）纤维，在软体机器人和自适应纺织品领域中具有重要应用潜力。然而，现有制备方法多局限于结构均一的整体式纤维，难以实现复杂驱动行为和多自由度形变。

  近日，杭州师范大学材料与化学化工学院刘俊秋/吴柏衡团队提出了一种连续挤出纺丝平台，用于构筑具有内在结构非对称性的Janus液晶弹性体纤维，其设计灵感来源于植物卷须等天然仿生结构。该方法将高可逆驱动的LCE网络与可动态重排的共价PU网络协同集成，通过动态键交换实现液晶取向的按需编程与重构驱动。所得Janus纤维在力学性能和功能集成方面表现出显著优势，能够实现自适应抓取、刺激响应的定向运动，并可规模化织造成智能织物用于热管理。该工作通过统一材料响应性与结构可编程性，为构筑具备环境适应能力的仿生软体机器人和智能纤维系统提供了新的设计范式。

  2026年2月2日，相关成果以“Continuous fabrication of Janus liquid crystal elastomer fibers with programmable actuation”为题发表在《Nature Communications》上。杭州师范大学硕士研究生徐洁、浙江大学博士研究生万鸿、浙江大学方子正研究员为本文共同第一作者，杭州师范大学刘俊秋教授、吴柏衡副教授为本文通讯作者。杭州师范大学为第一通讯单位。

  受植物卷须中内在结构非对称性所诱导的各向异性变形机制启发，作者构建了一种连续非对称挤出纺丝平台，在纤维尺度内稳定制备出Janus结构液晶弹性体纤维。该体系通过Janus喷嘴将液晶弹性体（LCE）与动态共价聚氨酯（PU）网络协同集成，并结合原位紫外固化、差速牵伸及二次固化过程，实现了几何成型与液晶取向调控的有效解耦。其核心在于LCE与PU在流变行为及聚合动力学上的高度匹配，使两相能够连续共挤并同步固化成型，同时经后续热处理利用PU中的动态键交换显著提升整体力学完整性。在此基础上，纤维内部同时集成了高取向驱动相与可重排结构相，使其驱动行为具备持续可调的结构基础（图1）。

图1. Janus纤维的仿生设计与连续化制备

  作者进一步提出并验证了多种基于材料非对称响应的形状编程策略：既可在室温条件下利用LCE的软弹性实现机械诱导纤维自发卷曲，也可在高温下借助PU的应力松弛行为完成热诱导编程，并结合近红外激光实现空间选择性激活，从而在单根连续纤维中引入驱动行为的空间异质性（图2）。

图2. 基于不同机制实现Janus纤维的可编程卷曲行为

  更为重要的是，该Janus纤维突破了传统纤维驱动体系中“结构一次固化”的限制，展现出基于动态网络的可重构驱动特性。依托PU网络中的动态共价键交换，液晶介晶单元的取向状态能够在保持高力学稳定性的前提下被反复重排，使同一根纤维可在不同螺旋构型之间实现稳定切换，而无需重新制备。实验结果表明，在多轮热驱动与结构重构循环中，纤维的界面完整性与驱动幅度均保持高度一致，几乎未观察到明显疲劳衰减，体现出优异的长期服役可靠性（图3）。

图3. 基于动态键交换实现的Janus纤维可重编程驱动行为

  基于上述特性，该Janus纤维被用于一系列代表性功能演示，验证了其在软体机器人与智能织物等复杂系统中的应用潜力。例如受植物卷须自适应抓取机制启发，Janus纤维在局域加热下可发生自主弯曲与螺旋缠绕，实现对物体的稳定抓取与可控释放。研究者构建了以Janus纤维为驱动单元的“水黾”机器人，通过选择性NIR激光照射不同取向的纤维腿，可分别实现直线运动与可控旋转，展现出方向可编程的运动控制能力。此外，具有螺旋梯度结构的弹簧型纤维在受限管道中可借助热循环产生尺蠖式定向爬行，实现连续位移。最后，Janus纤维可直接织入常规织物结构中，在拉伸诱导的结构重排下显著提高织物孔隙率与蓬松度，从而实现可逆、可调的隔热性能（图4）。总体而言，该工作将结构调控与驱动功能内嵌于纤维本体之中，为下一代纤维基智能材料与仿生系统的设计提供新的思路与范式。

图4. Janus纤维的多模态驱动行为及应用演示

  该研究受到国家自然科学基金、浙江省自然科学基金、杭州市领军型创新创业团队项目、杭州师范大学交叉学科研究项目以及杭州师范大学科研启动经费的资助。

  原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-68992-2