港科大研发新型软材料：可编程耐断裂，赋能柔性机器人与医疗设备

11月30日，香港科技大学物理系许锦教授与机械及航空航天工程系胡文琪教授联合领导的研究团队，成功研发出一种具备高度可编程性且具有非对称力学响应的新型柔性复合材料系统。

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科研团队巧妙将“剪切—堵塞”相变机制融入高分子聚合物基体，为实现机械智能系统提供了关键的材料基础。这类新型复合材料能够根据受力方向产生不同的扭曲和运动行为，使材料在剪切力作用下显著变硬，而在其他情况下保持柔软。

在软件机器人、仿生组织及柔性电子等前沿工程领域中，能够对外部刺激作出特异性响应的材料，是实现智能功能的关键。然而，传统设计多依赖具有非线性结构或复杂几何构造的超材料，这些离散结构往往对缺陷和断裂极为敏感，限制了其工程实用性。

有别于传统方式，许教授和胡教授的研究提出了一种全新设计范式，利用“剪切—堵塞”相变物理机制发展出柔性复合材料，展现出独特的科学优势与工程潜力。这项研究的主要科学与工程突破包括：

多维度方向控制：研究团队制备的柔性复合体在剪切与法向两个方向上同时展现出非互易性力学行为，实现对不同加载路径的方向的敏感响应，并且具备非对称材料形状记忆特性，可进行多维度方向控制。

可编程且高韧：有别于传统脆弱的刚性超材料，柔性复合材料不仅具有高度可编程的力学特性，同时具备出色的抗断裂能力，展现出高韧性。透过调控其内在的“剪切—堵塞”相变过程，可以精确控制材料性质，从而自主定制所需力学响应，以满足不同应用需求。

活性智能新材料：研究团队进一步将“剪切—堵塞”结构与空间调变的磁性分布相结合，创造出能自主运动的“软件活性固体”。这种活性智能新材料可用作仿生软件机器人，在狭窄环境中灵活移动；也可以作为智能阀门，在微流控系统中实现选择性流控。

从科学角度而言，该研究创新地结合颗粒物理学与高分子材料科学，建立了具有非互易力学性质的新型软物质体系；在工程应用方面，研究团队为制备各类具有方向特异性响应的柔性复合材料提供了一种既高效又通用的设计策略。此研究不仅为实现机械智能奠定了基础，更为新一代智能及节能材料的开发开辟了全新途径。

这项跨学科研究由科大物理系和机械及航空航天工程系的研究人员共同领导，相关成果已发表于《自然·材料》。附论文地址：
https://www.nature.com/articles/s41563-025-02407-3