能够实现自主运动的自激振荡人工肌肉在自主软机器人和智能设备中备受青睐。此外，由多刺激驱动的振荡器引起了广泛关注，并在多个复杂环境系统中具有潜在应用潜力。然而，大多数执行系统需要手动控制开关，且基于薄膜的扭转/解扭振荡运动以及长度伸长/收缩振荡运动尚未实现。

  近期，武汉纺织大学李晶晶、夏治刚教授团队联合中国药科大学周湘教授及南开大学刘遵峰教授，成功研发出一种具有Janus结构的螺旋纳米纤维复合薄膜（JNFA），并展示了出色的扭转振荡、弯曲振荡、多刺激响应性，以及可编程变形和能量转换应用。此外，振荡器可以在不同负载下实现连续的机械功和连续的电能输出。这项工作不仅提供了一种新的扭转振荡驱动机制，还实现了基于水凝胶的双层多孔纳米纤维复合膜螺旋振荡器的制备策略。该驱动系统具备扭转自激负载做功能力、能量转换能力和多刺激响应能力，未来在自主智能设备、自主能量转换及多场景领域具有潜在应用价值。

  2026年2月6日，该工作以“Self-oscillatory Twisting Artificial Muscles”为题发表在Matter上。论文第一作者为武汉纺织大学李晶晶副教授。通讯作者为夏治刚教授、周湘教授及刘遵峰教授。

图1. 受鳗鱼扭转运动启发的扭转振荡器：（A）鳗鱼自发扭转运动的图像。(B) 自振荡JNFA 薄膜的设计原理。(C, D) 鳗鱼的物理模型与运动学分析。(E) JNFA扭转振荡器的设计理念。(F, G) 由热和水分驱动的JNFA薄膜扭转/解扭振荡机制。

  该研究受鳗鱼扭转运动启发（图1），率先设计了螺旋形的Janus纳米复合纤维人工肌肉。当外部刺激（如光、热和湿度）施加于螺旋复合膜时，该两层复合膜首先发生非对称体积膨胀，产生旋转和长度伸缩运动，从而使人工肌肉远离刺激源。分层多孔结构促进PVDF-MXene薄膜的散热和传递，以及多孔PAM纳米纤维薄膜上的水分子吸附/脱附，从而实现变形恢复。基于该薄膜独特的Janus结构和自身形状变化产生的反馈回路，实现了在热、光或湿气等单一恒定环境刺激下的持续扭转、弯曲和伸缩振荡。结果表明，螺旋人工肌肉的最大扭转/解扭振荡角可达2250°，且由热驱动的长度伸缩为15.82 mm（图2）。该驱动系统具备扭转自振荡负载做功能力和能量转换能力（图3），验证了其在自主、智能设备领域的应用潜力。

图2. 多重刺激驱动下JNFA薄膜的扭转振荡。(A) 驱动器薄膜扭转/解扭振荡图。(B) 热刺激下无负载扭转驱动器的红外图像。(C) 无负载扭转振荡器的振荡温度随时间的变化曲线。(D) 扭转振荡器的扭转角度及位移随振荡时间的变化曲线。(E) 不同热台温度下振荡器扭转角随时间的变化曲线。(F) 振荡器扭转角及位移随温度的变化曲线。(G) 近红外（NIR）光驱动下，振荡器扭转角度及振荡位移随时间的变化曲线。 (H) 水分驱动下振荡器扭转角度及振荡位移随时间的变化曲线。

图3. JNFA薄膜的扭转振荡与做功。(A) 不同偏转角下振荡器示意图。(B) 振荡器的扭转角度和振荡位移随偏转角的变化曲线。(C) 不同负载下，振荡器扭转角度随时间的变化曲线。(D) 不同螺旋直径下JNFA 薄膜的做功能力。 (E) 不同负载下螺旋薄膜的做功能力。 (F) 基于JNFA的发电机的连续电压输出曲线。

  该研究成果得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、湖北省青年科技人才培养专项、湖北省高校优秀中青年科技创新团队等科研项目的资助。

  原文链接https://doi.org/10.1016/j.matt.2025.102602