近年來對于"智能"軟物質執行器 （soft actuators）的開發多聚焦于實現自適應的復雜仿生結構變形。該類自適應行為常依賴于材料的非單調的環境響應，即隨環境單調變化表現出相反的機械形變（即多步雙向可變性）。可是由于目前大多數軟材料僅可實現雙穩態切換，從而使得實現更復雜行為需要在雙穩態的材料上疊加復雜的幾何設計或動力學控制。開發自身具有三穩態的材料可以更加簡單且在各個尺度上實現復雜，類生命體中的邏輯行為。近日，美國哈佛大學Joanna Aizenberg團隊（一作為哈佛大學的Yuxing Yao（姚昱星博士，全職入職香港科技大學化工系）以及Atalaya Milan Wilborn）與美國俄亥俄州立大學Xiaoguang Wang（王曉光）團隊以及荷蘭格羅寧根大學Michael Lerch團隊合作，通過對于分子水平各向異性的液晶分子結構及相態的研究，開發了一種新型的液晶彈性體(LCEs)，展示了多步雙向可變形性。該體系基于液晶彈性體構筑，通過端基液晶彈性體（end-on LCEs）設計，通過以下設計實現了材料本征的對于環境的非單調響應：
- 創建了旋轉限制較小的側鏈端基液晶-聚合物連接結構；
這種設計導致了兩種高階近晶相（smectic phase）的出現 - 人字形斜向近晶C相(cSmC)和近晶A相(SmA)，這些相很少存在于以前研究的液晶彈性體中。這樣的相態變化導致此類液晶彈性體可以通過在聚合過程中對液晶分子排列的磁場控制，實現多種多步雙向變形模式：
與通過多材料組分制備的器件相比，單一材料制備的軟體執行器可以簡單地將這種多步雙向可變性普適到各個不同長度尺度下。研究人員展示了：
- 對熱、光和溶劑等刺激做出響應，并實現多尺度的非單調變形；
這項工作為在單組分材料中實現復雜變形提供了新策略，有別于以往依賴多材料符合或外部對于環境場編程的方法。利用在分子層次由相態控制的各項異性，可實現可編程、多步雙向變形LCE軟執行器。這項研究為開發模擬生物自適應等復雜行為的先進軟材料開辟了新途徑，在軟機器人到生物醫學工程等領域都有潛在應用。姚昱星博士在香港科技大學化學與生物工程系，擔任助理教授/獨立PI。研究方向立足于軟材料、合成生物學和超聲技術的交叉領域以實現可在無創精準醫療中應用的類生命體系智能材料。現誠邀有志于相關領域的優秀人才（包括博士后、博士生、碩士生、訪問學者）加入研究團隊！姚昱星博士2013年本科畢業于清華大學化學系化學生物學基礎科學班，師從張希院士；2019年在哈佛大學獲得化學博士學位，導師為Joanna Aizenberg院士。目前，姚博士在加州理工學院化學工程系及醫學工程系從事博士后研究，師從HHMI研究員Mikhail Shapiro教授。姚博士長期致力于智能軟材料(soft intelligent materials)，仿生材料 (biomimetic materials)，生物分子超聲 (biomolecular ultrasound)等領域的研究。姚博士以第一/共同第一作者在Science, PNAS, Advanced Materials, Science Advances, Macromolecules, Biophysical Journal等期刊發表論文。實驗室網站將在近期上線。學校概況：香港科技大學（The Hong Kong University of Science and Technology， HKUST），簡稱港科大，是香港的一所公立研究型大學。港科大創立于1991年，是香港第三所獲得大學名銜的學府。建校僅三十年，港科大現已成為亞洲及全球領先的研究學府之一，并位居泰晤士高等教育世界年輕大學排名第二位。在2025年，港科大位列QS世界大學排名第47位。申請要求：具有材料科學、化學、超聲物理、合成生物學、生物醫學工程或相關領域的學術背景。雅思6.5或托福80分及以上。歡迎感興趣的申請者發送至 yxyao@ust.hk。期待和你一起創建具有科研熱情和自我驅動力的團隊！
