近日，我校化学与环境工程学院付昱教授作为通讯作者，在材料化学领域顶级期刊《Nano-Micro Letters》（中国科学院一区TOP，IF=38.4）发表题为“High-Strength, Self-Sensing Multiphase Hydrogels for Load-Bearing Actuation and Logical Human–Machine Interaction”的学术论文。研究团队提出了一种级联聚合构筑策略，成功开发出兼具高强度、快速响应、自感知和负载致动能力的智能致动水凝胶，并进一步构建了基于水凝胶致动行为的二进制信息编码系统，实现了软材料与刚性机器人之间的闭环逻辑交互，为下一代智能软体机器人和人机交互系统的发展提供了新的设计思路。
刺激响应型水凝胶因具有类似生物组织的柔软特性，被广泛认为是人工肌肉、电子皮肤和软体机器人的重要候选材料。然而，传统致动水凝胶普遍存在机械强度低、负载能力不足的问题，而提高材料强度往往又会降低致动响应速度，使其难以在复杂受力环境下完成稳定、快速的致动任务。同时，现有水凝胶致动器大多缺乏对自身运动状态的实时感知能力，限制了其在智能控制和复杂人机交互中的进一步应用。
针对上述难题，研究团队创新提出了一种级联聚合构筑策略，在海绵状PNIPAM水凝胶中依次引入导电聚苯胺网络和海藻酸钠增强网络，构建形成连续互穿的多相网络结构。该结构充分发挥多组分之间的协同作用，在保持快速刺激响应特性的同时，大幅提升了材料的力学性能和负载致动能力，并赋予水凝胶优异的自感知能力，实现了驱动、感知和力学增强的一体化设计。
得益于这一多相协同网络，设计制备的新型水凝胶能够在负载远超自身重量的外部载荷时仍保持快速驱动变形，实现稳定的垂直提升和弯曲驱动。同时，材料能够根据不同载荷条件产生不同的电学反馈信号，实现对驱动状态的实时感知。研究团队进一步利用这种载荷依赖的致动行为，首次建立了基于材料自身致动响应的二进制信息编码系统，并结合物联网技术构建了光致形变—信号反馈—逻辑运算—机器人执行的闭环控制系统，实现了软体水凝胶致动器与刚性机械手之间的远程逻辑交互，为智能软体机器人提供了新的信息处理和控制模式。
该研究突破了传统刺激响应水凝胶在机械强度、响应速度和智能感知之间相互制约的瓶颈，实现了材料结构设计、致动性能和智能交互功能的协同融合，为高性能人工肌肉、智能软体机器人、人机交互及柔性智能系统的发展提供了新的材料设计策略，对推动智能软材料向自主感知、自主决策和闭环控制方向发展具有重要意义。
论文链接：https://doi.org/10.1007/s40820-026-02280-y
【复审：张国成 终审：许筠柱】
