传统机器人由于依赖刚性电机和齿轮等复杂机构，体积庞大且笨重，难以满足与生物运动系统的交互需求。采用柔性且轻质的软体驱动器作为替代方案被认为是解决这一问题的有效途径。液晶弹性体（LCE）在热刺激下能够产生大幅度的可逆驱动，是一种重要的软体驱动器。然而，LCE的实际应用仍面临两个亟待解决的问题：1) 驱动性能不足；2) 加工制备过程复杂。因此，开发具有优异驱动性能且易于加工制备的LCE是当前的重要挑战。

  上海交通大学的刘湍和林秋宁等人通过一步无溶剂、无催化剂聚合反应，成功合成了带有甲基侧基的高分子量线性LCE（LLCE-0.5-1）。该结构有助于形成高密度的分子链缠结（图1）。链缠结作为物理交联，显著提升了LCE的力学性能，并使其达到创纪录的驱动做功性能（1,427 kJ m^-3）。此外，链缠结的可逆性赋予材料类似热塑性塑料的易加工特性，可以通过热压、开炼和熔融挤出等工艺实现材料加工。基于这些优势，作者成功制备了仅重8.7 g的可穿戴驱动器件，能够可逆地提起成年男性的前臂，展现出卓越的做功能力。

图1. 本工作的设计原理及材料性能

  在驱动性能方面，作者设计了一种“起重机”装置（图2）。在加热-冷却循环刺激下，该材料能够可逆地提起自身6000倍的物体，并且在多次循环后，尺寸保持不变，证明其驱动性能稳定。通过搭载不同质量的砝码进行测试，结果表明随着负载增加，其做功能力逐渐提升，在3.6 MPa的负载下达到了1472 kJ m^-3的峰值，这是目前已知LCE中最高的。此外，通过调节加热温度可精确控制驱动幅度。在2.1 MPa的负载下，驱动应变从85 ℃时的17%逐渐增加至105 °C时的34%，并在120 °C时达到最大值52%。相较于当前LCE通常因液晶相的一阶相变而导致不连续的形变，这种可调且可控的驱动方式实现了重大突破。

图2. 材料能够实现高能量且精确可控的负载驱动能力

  在加工性能方面，作者分别研究了溶剂加工和熔融加工两种方法（图3）。对于溶剂加工，作者通过滴加二氯甲烷（DCM）溶剂，使其渗透到材料中，增强分子链的运动能力，随后在外力作用下将两片材料焊接在一起。焊接后的样品展现出1.82 MPa的粘接强度。该粘接工艺可在室温下完成，无需额外的粘合剂，从而便于制造复杂结构的驱动器。作为概念验证，作者将五个可逆弯曲和伸直的LLCE-0.5-1薄膜粘接成五指形态。对于熔融加工，作者使用双螺杆挤出机成功挤出连续纤维。此外，作者还分别使用开炼机和热压机对材料进行加工。开炼机用于掺入炭黑以制备复合材料，而热压机用来将剪成碎片的材料重新热压成片材。这些结果表明，LLCE-0.5-1可以像传统热塑性塑料一样进行加工。

图3. 材料具有类似于热塑性塑料的加工性能

  最后，作者结合LLCE-0.5-1在驱动性能和可加工性能方面的优势，成功制备了可穿戴软体驱动器。为了有效驱动成年人的前臂，至少需要30 N的力，而现有的LCE材料难以达到这一要求。作者使用一束仅重0.84 g的LCEs，能够可逆地提起一个3 kg的砝码，产生31.5 N的力，驱动应变达30%，验证了其实验可行性。基于此，作者通过四个主要步骤设计并制造了由电热驱动的可穿戴驱动装置（图4）。将该装置佩戴在成年男性的手臂上，通过调节电流来控制驱动温度。针对手臂驱动过程中的受力分析表明，在提升过程中所需驱动前臂的力逐渐减小，最终实现了46.5%的最大驱动应变。该装置仅重8.7 g，且运行时完全静音。与传统气动执行器相比，该装置不仅轻便、无噪音，而且结构简单，实现了显著的技术突破。

图4. 可穿戴驱动器能够可逆提起人体前臂

  相关成果以“Enabling Ultra-High Work Capacity and Scalable Processability of Liquid Crystal Actuators through Densely Entangled Structures”为题发表在《Advanced Materials》期刊上。上海交通大学硕士研究生李彩彩为该论文的第一作者，刘湍副研究员和林秋宁研究员为通讯作者，团队的朱麟勇教授提供了重要支持和悉心指导。本研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、交大2030计划项目的资助。

  原文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202513876

  注：欢迎开展合作研究，有意者请来信邮箱（tuan-liu@sjtu.edu.cn）。