近年来，基于聚合物凝胶人工肌肉材料的研究引起了人们的广泛关注。该种材料的主要优点包括: (1) 拥有类似于人体组织的低模量 (1Pa-1MPa)，柔软; (2) 产生形变的刺激源普遍较温和。这些优点让这类材料在软体机器人，生物医药，环境能源等领域发挥着举足轻重的作用。然而，该类材料面临了一系列的挑战包括形变性能较弱，主要体现在形变速率慢，做功密度低等。并且，绝大部分的聚合物凝胶人工肌肉体系都吸水溶胀，而水在干燥条件下的蒸发影响了材料的应用稳定性。

图1  聚合物凝胶人工肌肉的分子设计(a)，加捻卷绕(b) 以及形变过程(c,d)。

  针对这一系列问题，研究者们提出了一种巧妙的材料设计方法来构筑新型聚合物凝胶人工肌肉。首先，作者在液晶交联网络中引入了亲水的聚乙二醇链段，基于以下几种考虑: (1) 由于超强的亲水性，只需要很少的聚乙二醇链段含量 (10 mol%) 就可以让聚合物网络拥有较高的水溶剂含量 (78 wt%)，这一点对于实现优异的形变性能至关重要，因为材料的形变率会随着非液晶组分含量的提高而降低; (2) 聚乙二醇链段以及溶剂的吸入会降低液晶转变温度，因此带来的形变温度降低会减缓溶剂的蒸发，这一点有利于实现材料在干燥环境下的长期使用: (3) 还有一点值得指出的是聚乙二醇链段和溶剂的吸入会大大降低材料的杨氏模量。

  除了以上的分子设计，研究者们还把聚合物网络加捻卷绕，做成了纤维状凝胶人工肌肉。加捻处理实现的关键在于使用了丙烯酸双键和氨基之间的麦克尔加成反应。作者对轻度交联的网络进行了加捻处理，其中剩余的丙烯酸双键可以进一步和聚合物网络中已经生成的仲胺加成，从而产生更多的交联点稳定加捻结构。随后，为了实现抗干燥性能，作者在水中引入了适量的甘油。通过研究表明，该聚合物有机凝胶拥有优异的形变性能，包括高的形变率 (66 %)，快速的形变速率(275 %/s)以及较高的高功率密度 (438 kW/m³)。并且在干燥条件下有不错的稳定下。该人工肌肉还拥有类似于皮肤的杨氏模量 (133 kPa)。同时，作者证明了该类人工肌肉在软体机器人领域的应用，比如在狭小的空间内实现了类似于爬虫的运动。

  原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/adma.202210419