1）面向智能人机交互的热感知柔性驱动器

针对目前软体机器人感知与驱动单元分离、力学不匹配的问题，开发了集热感知与电化学驱动为一体的柔性驱动器。研究了聚合物离子凝胶的离子热平衡分布特性，阐明了凝胶体系随温度变化的热电势变化机理，实现了高灵敏、鲁棒性好的热感知和红外感知能力；结合电化学驱动原理，在同一器件内实现了感知与驱动的融合。借鉴生物系统的感知-反馈动作，开发了具身智能的柔性驱动器。构建了信号采集-分析-反馈驱动的自动控制系统，实现了可编程的自主响应机器人，并展示了仿生手指弯曲、蝴蝶翅膀扇动等智能人机交互功能（图1）。相关工作发表在Sensors and Actuators B: Chemical（SCI一区Top期刊），为感驱一体的智能人机交互软体机器人提供了重要的实验和理论参考。

图1柔性电化学驱动器感知驱动一体化研究

2）导电聚合物基人工肌肉大批量制备与驱动机理研究

针对碳纳米管人工肌肉成本高、难于大批量生产的问题，开展了基于低成本导电聚合物材料的高性能纤维人工肌肉研究。申请人创新性地提出了一种人工肌肉低成本、大规模连续制备技术，基于导电聚合物材料特性，改进了传统的湿法纺丝纤维制备方法，成功制备出高强度、高导电特性的导电聚合物纤维；开发了高性能导电聚合物基人工肌肉，通过材料表征和力学建模，系统性地研究了其驱动机理。该电化学人工肌肉在1V的超低电压驱动下，实现了大应变（11%）和大应力（5 MPa）输出，相当于提升自重4000倍的负载（图2）。人工肌肉相关制备技术已申请两项发明专利，研究结果目前正在Advanced Functional Materials返修中（稿件号：adfm.202401685R1）。这项研究的成果为高性能、低成本人工肌肉的开发和应用提供了重要的理论基础和实践经验。

图2低成本、高性能人工肌肉驱动机理研究

3）柔性电化学驱动器材料与结构设计

针对薄膜型柔性电化学驱动应变小的问题，通过设计多级复合微纳结构，开发了基于导电聚合物离子凝胶的高性能电化学驱动器。搭建了电化学-力测试平台，并研究了电化学驱动器的电-离-力耦合特性，通过电化学-机械学研究进一步探讨了驱动机制，结果显示驱动主要由阳离子的插入和脱嵌引起。实现了弯曲应变超过1.5%的柔性驱动器，并展示了其在柔性抓取、仿生运动等方面的应用；这些结果表明，优化驱动器电极的结构和形态对于实现高性能至关重要。相关工作发表在Journal of Bionic Engineering期刊上。这为未来满足实际应用需求的仿生柔性驱动器材料与结构设计提供了指导。

图3柔性驱动器微纳结构设计与应用展示

4）软体驱动的动力学模拟

针对软体机器人动力学建模的难题，开发了一种基于有限元方法的快速神经网络开环控制方法。以柔性驱动灵巧手为实验对象，通过结合有限元模拟和神经网络学习，构建了柔性驱动的精确控制方法，展现出良好的稳定性和精度（图4）。研究结果发表在Journal of Physics: Conference Series。此外，利用导电聚合物离子凝胶作为活性电极，研制了具有优异性能的新型电化学驱动器，并建立了整合离子迁移和动态过程的解析模型，并能准确预测柔性驱动器模量、形态等对输出应变、阻挡力的影响，相关工作发表在Polymers期刊上。这些研究为软体机器人的力学建模和精密控制提供了有力的支持。

图4柔性驱动力学建模和控制方法研究

5）柔性导电微纤维高通量制备及其传感与电热性能研究

研究了兼具温度感知与原位加热功能的导电聚合物微纤维及其在智能织物领域的应用。通过湿纺技术制备出导电聚合物PEDOT:PSS微纤维，研究了其力学性能、导电率和塞贝克系数及其优化策略。基于微纤维的功能特性，开发了集成温度感应与原位加热功能的智能手套，并探索了其温度感知灵敏度和主动升温特性。相关结果发表在Polymers期刊上。这一工作开发的柔性热电功能微纤维为智能可穿戴纺织品的设计提供了新方法，并为纤维基柔性热电传感器提供了参考。

图5柔性导电微纤维制备及其热感知与原位加热功能

代表性论著：

(1)       Hu Hongwei, Zhang Shengtao, Zhang Mengyang et al. Artificial Muscles Based on Coiled Conductive Polymer Yarns. Advanced Functional Materials. 2024, 2401685. （中科院一区TOP期刊，Nature Index期刊，IF=19）

(2)       Hu Hongwei, Song Jie, Zhong Yan et al. High Sensitivity Triboelectric based Flexible Self-powered Tactile Sensor with Bionic Fingerprint Ring Structure. ACS Sensors. 2024. （中科院一区TOP期刊， IF=8.9）

(3)       Hu Hongwei, Zhang Shengtao, Xu Jiawei et al. Thermal-sensing actuator based on conductive polymer ionogel for autonomous human-machine interaction. Sensors and Actuators B: Chemical, 2024, 398, 134756. （中科院一区TOP期刊， IF=8.4）

(4)       Hu Hongwei, Meier Fabian, Zhao Daming et al. Efficient Room Temperature Phosphorescence from Organic-Inorganic Hybrid Perovskites by Molecular Engineering. Advanced Materials, 2018, 30, 1707621. （中科院一区TOP期刊，Nature Index期刊，IF=30）

(5)       Hu Hongwei, Zhang Shengtao, Li Yan et al. High Performance Soft Electrochemical Actuators Based on Hierarchical Conductive Polymer Ionogels. Journal of Bionic Engineering, 2023, 20, 2755.

(6)       Hu Hongwei, Li Dongyu, Salim Teddy et al. Electrically driven hydrogel actuators: working principle, material design and applications. Journal of Materials Chemistry C, 2024, 12, 1565.