受天然肌肉的啟發，人工肌肉近年來發展迅速，並有望應用於軟體機器人、假肢、觸覺界麵和智能服裝等領域。然而前人的研究主要集中於利用“自上而下”的工程化手段重複肌肉的刺激收縮功能，無法複製天然肌肉組織精細的多尺度結構，從而使得材料性能受到一定的限製。鑒於此，研究人員創新性地提出了基於嵌段聚合物自組裝，通過模擬骨骼肌纖維的條紋結構製備人工肌肉的新策略。

圖1. 自組裝水凝膠的可控應變結晶製備人工肌肉纖維

　　 自組裝人工肌肉通過簡單的兩步法製備：首先利用快速注射將ABA三嵌段聚合物溶液注入水中觸發自組裝（圖 1a，b），得到均勻的水凝膠纖維。第二步沿纖維軸向拉伸水凝膠，通過在不同應變下誘導PEO鏈段結晶得到低熵、高取向性的聚合物鏈狀態。在外界刺激下，PEO晶體可以重新轉變為非晶態，釋放儲存的機械能，產生致動行為。人工肌肉製備過程中沒有向聚合物原料中引入任何新的化學交聯或其他成分，因此將材料溶解在合適的溶劑中即可回收再利用。

圖2. 人工肌肉纖維表現出優異的機械和致動性能

　　 高取向性的晶體結構在原有的水凝膠網絡基礎上，不但極大地增強了纖維的機械性能，同時賦予了人工肌肉優異的致動性能。例如，自組裝人工肌肉可以在承載700倍自重的條件下，實現150%/s的高速致動。與近年來報道的其他人工肌肉相比，自組裝人工肌肉在多個方麵展示出了優異的表現（圖2）。

圖3. 人工肌肉纖維的可逆和旋轉致動行為

　　 自組裝人工肌肉具有良好的循環性和多重響應性。例如，變溫可以驅動纖維可逆收縮（圖 3a），而改變濕度則可以通過材料吸附實現纖維的可逆膨脹（圖 3b）。當兩種刺激同時使用，纖維可以根據需要產生收縮或擴張應力（圖 3c，3d）。除了線性致動，研究團隊還製備了螺旋型的轉動致動器，可用於開發微型馬達（圖3e，3f）。該研究不但展示了一類可回收的高性能人工肌肉的製備，同時有望為開發具有多功能及不同性質的軟體致動器提供新的靈感。（圖文/華南理工大學前沿軟物質學院）

（實習編輯：歐陽巧慧）