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  在自然界中，魚群和鳥群展現出協調一致的群體運動，啟發了人們對自組織行為的研究。然而，要在無需電子控制的軟體系統中實現類似的自主、可編程群體運動仍是一大挑戰。關鍵科學問題在于：如何設計具備穩定自驅動力的單元結構，以及如何通過結構耦合實現方向性運動。

圖1. 系統概念與材料組成。

  近期，芬蘭坦佩雷大學郭洪爽博士基于熱致液晶彈性體材料，提出了一種結構驅動的全軟體系統，實現了熱驅動的可編程群體運動行為（圖1）。研究中，研究者首先構建了可在熱梯度下實現翻轉運動的環狀液晶彈性體結構（圖2），系統研究了單個環、兩個環連接以及三個環連接后的不同運動特性。單個環可持續旋轉但無質心位移，而雙環間的機械耦合可引發整體旋轉行為（圖3）；當連接數增加至三個，特定連接手性（??或??）可誘導出方向性平移，實現仿生群體運動（圖4）。進一步地，研究還提出了后編程策略，可通過簡單翻轉環體實現運動方向的可逆調控，大幅提升了軟體系統的可控性與可重構性。該研究揭示了結構連接關系在全軟體自驅系統中對運動行為的主導作用，為無電子控制的智能軟體機器人設計提供了新的思路。相關成果以“ Emergent Locomotion in Self-Sustained, Mechanically Connected Soft Matter Rings”為題發表在《Advanced Materials》期刊上。

圖2. 單個環的基本特征。

圖3. 兩個環的運動規律。

圖4. 三個環的運動規律。

  該工作是郭洪爽博士近年來圍繞智能液晶彈性體材料合成與功能構建研究的最新進展之一。液晶彈性體作為一種具有刺激響應性的智能材料，其結構–性能關系的精細調控一直是實現高階功能的關鍵挑戰。為此，郭洪爽博士聚焦于光、熱等刺激下的形變響應，發展了系列新型液晶彈性體構筑策略，構建出可實現可逆形狀記憶與自主驅動的智能系統。在前期工作中，其提出利用鹵鍵構筑可編程、可重塑的液晶彈性體網絡，首次實現了體溫響應形狀記憶液晶彈性體與適溫編程液晶彈性體（Nat. Commun. 2022，13, 7436.；Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202309402. ； Adv. Mater. 2024, 36, 2303740.），并探索了其在變形驅動器中的可控運動行為（Multifunct. Mater. 2022, 5, 024001.；Adv. Funct. Mater. 2022, 32, 2108919.）。此外，其還基形狀記憶功能與光響應結合，制備多功能執行器（Adv. Funct. Mater. 2024, 34, 2312068. ；J. Mater. Chem. B, 2025, 13, 1704-1711.）。本項工作進一步提出利用環狀結構之間的機械耦合，實現無需編程控制的群體自組織運動，展示了結構連接方式在驅動行為調控中的重要作用，推動了全軟體、自驅動材料體系的功能邊界。

  論文鏈接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202503519?af=R