近日，东北大学理学院化学系王铁强教授、医工学院田野研究员以及江西科技师范大学卢宝阳教授研究团队在智能水凝胶与软体机器人领域取得重要研究进展，提出微纳协同组装策略，构筑液态金属/碳纳米管（LM/CNT）可重构“岛-桥”导电网络，将其嵌入温响应PNIPAM基体，得到高灵敏度LM/CNT-PNIPAM (LCP)自感知致动水凝胶。基于该材料，研究团队搭建可穿戴传感平台，实现人体运动、生理电信号采集；结合机器学习算法完成手势远程控制智能小车；进一步依托物联网通信，构建仿生自感知触手，能够定量识别接触物体尺寸，驱动机械手输出对应手势，为高反馈智能软系统提供全新材料范式。
相关成果High Sensitivity Self Sensing Hydrogels With Reconfigurable Island–Bridge Networks for Human–Machine Interaction and Intelligent Bioinspired Recognition发表在材料学科著名期刊Advanced Functional Materials。东北大学博士研究生张志琳为第一作者，东北大学为该论文第一作者单位。东北大学分析测试中心、理学院化学实验中心仪器共享平台为本工作实验数据采集提供重要帮助。
在柔性电子、仿生软体机器人与人机交互领域，集致动与自传感一体化的刺激响应水凝胶备受关注。然而，现有自传感水凝胶致动器普遍面临传感灵敏度不足、形变电信号耦合效率低的瓶颈；传统刚性填料构筑的微纳导电网络，在反复致动形变下容易发生不可逆断裂，造成信号漂移、循环稳定性差，制约了闭环反馈智能软系统的实际应用。因此，开发兼具高灵敏度、优异循环稳定性，可实现致动-传感协同输出的一体化水凝胶，对下一代人机接口、仿生软体机器人发展具有重要研究价值。
针对上述难题，研究团队提出微纳协同组装策略，构筑液态金属/碳纳米管（LM/CNT）可重构“岛-桥”导电网络，将其嵌入温响应PNIPAM基体，得到高性能LM/CNT-PNIPAM (LCP) 自感知致动水凝胶。海藻酸钠包裹的液态金属微球充当可形变导电“岛”，羧基化碳纳米管充当柔性导电“桥”，搭建起连续可重构导电通路。在拉伸、光热致动过程中，“桥”结构发生可逆断裂重建，显著放大电学输出信号。
该研究利用导电网络可逆断裂‑重建机制，突破传统自传感水凝胶灵敏度与循环稳定性的矛盾。材料既可以作为可穿戴传感器监测人体运动与生理信号，结合机器学习完成手势远程控制；又能够实现光热致动‑电学反馈一体化，搭建仿生感知触手，完成接触物体的定量识别，驱动刚性机械手完成交互动作。该研究发展了液态金属‑碳纳米管岛‑桥结构设计策略，为开发高灵敏度、高稳定性、致动‑传感集成的智能水凝胶，下一代仿生软体机器人、人机交互接口提供重要材料方案。
高灵敏度自感知-致动水凝胶制备原理与应用示意图
文献链接：https://doi.org/10.1002/adfm.78602
