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  受自然界中生物體的啟發(fā)，多功能仿生軟體機器人已經(jīng)成為研究熱點，與傳統(tǒng)的剛性機器人相比，軟體機器人具有高度的順應性和環(huán)境適應性。在各種軟體驅動材料中，液晶彈性體（簡稱為LCE）以其大致動和可逆致動、高可加工性和可編程性等性能而備受關注。但大多數(shù)現(xiàn)有的LCE纖維執(zhí)行器僅限于單軸或有限變形模式，無法實現(xiàn)多功能任務所需的復雜運動。利用LCE纖維等一維材料實現(xiàn)三維可編程變構，是軟體機器人領域的重大挑戰(zhàn)之一。

  從“結繩記事”開始，基于編織技術，人們可以利用天然或人工纖維等一維材料構造出復雜的二維或者三維結構（圖1a）。然而，傳統(tǒng)編織的幾何圖案通常是有限的，對紡織專業(yè)知識的依賴，復雜的制造工藝和特定的設備限制了纖維驅動器在軟體機器人中的應用。浙江大學航空航天學院徐彥教授團隊提出了受繩結技藝啟發(fā)的LCE纖維軟體驅動器設計策略（圖1b）。采用預先設定的編織樣式和手工編織技術，能夠實現(xiàn)多維變形結構�；谠撛O計策略，研制了四種LCE纖維軟體驅動器。建立了軟體驅動器的變形能力表征模型，并數(shù)值和試驗驗證了各種驅動器的變形能力（圖2、圖3）。采用編織LCE纖維軟體驅動器，構建了可編程機器表面、受心臟啟發(fā)的軟體泵、爬行機器人和游動機器人等一系列軟體機器人，驗證了該設計策略可以采用一維材料實現(xiàn)復雜的三維可編程變構運動。傳統(tǒng)繩結技藝固有的設計靈活性使其能夠構建各種三維拓撲結構，表明該設計策略可以進一步拓寬其在多功能驅動器和機器人的應用范圍。此外，雖然電驅動LCE纖維是本工作中采用的主要材料，但所提出的設計策略并不局限于這種材料。氣動肌肉纖維、形狀記憶合金纖維等各種一維材料可以無縫集成到該設計框架中。

  2025年2月19日，該工作以“Weaving liquid crystal elastomer fiber actuators for multifunctional soft robotics”為題發(fā)表在《Science Advances》上（Sci. Adv. 2025, 11, ads3058），并入選當期的Featured Image，以“Weaving liquid crystal elastomer fiber actuators”為題刊登在期刊網(wǎng)站首頁。文章第一作者是浙江大學航空航天學院博士生楊虎嘯，徐彥教授為通訊作者。該研究得到國家自然科學基金項目（12472166, 91748209）和浣江實驗室專項項目的支持。

圖3 OWA驅動器和DWA驅動器特性表征

  該工作是團隊近期關于可編程和可重復編程變構系統(tǒng)相關研究的最新進展之一。由于運載平臺搭載空間的限制和在軌制造技術成熟度不高，現(xiàn)有的航天器結構難以實現(xiàn)超大尺寸。傳統(tǒng)的剛性機器人難以實現(xiàn)大工作空間和器件小型化，在復雜的航天操作任務中柔順性和適應性有待提升。為此團隊致力于大型可展開空間結構、空間機器人等復雜剛柔耦合系統(tǒng)的力學機理和創(chuàng)新設計方法研究。近年來，提出了剛柔耦合結構可編程寬幅變構/變剛度設計方法（Sci. Adv. 2025, 11, eads3058; Chinese J. Aeronaut. 2022, 35, 7; Smart Mater. Struct. 2023, 32, 8; Sensor. Actuat. A-Phys., 2025, 382, 2），探究了其力學特性可重復編程和機械性能調(diào)控機理（Nat. Commun., 2023, 14,4329; Int. J. Mech. Sci., 2025, 286, 109889; Cyborg Bionic Syst., 2024, 5, 0111），發(fā)展了變構過程的復雜力學行為建模和仿真方法（Chinese J. Aeronaut., 2024, 37, 4; Adv. Space Res., 2024, 74; Structures, 2024, 61, 106082; J. Aerospace Eng. 2021, 6672177），力圖突破航天器結構和空間機器人在構型、尺寸、剛度、適應性等方面的設計邊界。

  鏈接地址https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ads3058