柔性驱动器在可穿戴传感、智能医疗辅助、柔性机器人等新兴领域有着良好的应用前景。其中，基于电响应液晶弹性体 (LCE) 的柔性驱动器，特别是纤维状LCE驱动器，具有响应速度快、易集成化、成型方便等优势，因而受到了广泛关注。然而，现有的通过掺杂、包埋或涂覆导电材料等方式制备的电响应LCE形变模式随着制备的完成就会固定下来，难以满足柔性驱动器对多样化形变能力迫切的需求。

为了攻克这一难题，清华大学化学系杨忠强教授的研究团队创新性地开发出了一种可实现原位形变编辑的微流控辅助电响应LCE纤维。该纤维采用LCE空心结构作为外壳，创造性地引入镓与汞这两种液态金属作为导电内芯。通过微流控技术，精确控制两种金属在内芯中的分布，从而赋予LCE纤维前所未有的形变灵活性。汞的电阻率是镓的3.5倍，这一特性导致在通电时，汞段产生的焦耳热显著高于镓段，进而引发明显的局部收缩差异，实现了对LCE纤维形变的精准调控与编辑。

图1 可原位编辑的微流控辅助电响应LCE纤维设计图

图2 镓和汞的注入量与其在LCE纤维中位置的关系

图3 电流大小与镓、汞两段LCE收缩率的关系

图4 模型手的驱动展示

实验证明，当按照预设比例向LCE纤维中注入镓与汞，并维持一定电流强度时，该纤维作为柔性驱动器，能够驱动模型手完成复杂多变的手势动作，包括依次弯曲四个手指等精细操作。此外，在模型龙上的应用也展现了其广泛的适应性，通过调整镓与汞的注入量，模型龙能够执行多种动态动作，展现出栩栩如生的舞龙效果。

图5 模型龙的驱动展示

这一开创性研究成果以《In situ Programmable Electrothermal Actuation of Liquid Crystal Elastomer Fibers Assisted by Microfluidics》为题，在ACS Applied Polymer Materials期刊上发表。文章由清华大学化学系的博士生张信宇航与廖威共同担任第一作者，东华大学化学与化工学院的竺翀宇副教授参与该工作，清华大学化学系的杨忠强副教授为通讯作者。该项目得到了清华大学笃实基金及教育部有机光电重点实验室开放基金的大力支持。

论文链接：https://doi.org/10.1021/acsapm.4c02495