科研
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有没有一款神奇的智能材料，不靠电机，不用布线，仅凭一束光，便能驱动材料像人体肌肉一样伸缩、发力？
7月8日，复旦大学智能材料与未来能源创新学院俞燕蕾团队“光控液晶高分子致动材料的创造与调控机制”项目获2025年度国家自然科学奖二等奖。
他们始终笃定要做“有用的研究”，恪守“料要成材，材要成器，器要好用”的信念，二十余载攻坚克难，自主完成材料研发、芯片设计、样机搭建，接连突破多项行业技术瓶颈，6篇代表性成果发表在Nature等国际顶刊，为机器人在复杂环境中灵活作业提供关键材料支撑，国内外同行评价“是真正开创性的研究工作”。
一款新材料，让冰冷机器长出“仿生肌肉”
近两年，会跳舞、能跑马拉松的人形机器人频频出圈。“十五五”规划纲要，将具身智能纳入国家未来产业重点战略布局，机器人产业迎来升级拐点。但市面上绝大多数“刚性机器人”，机身需搭配电机、线缆，结构笨重、动作受限，面对复杂精细、狭小受限的作业场景，往往有心无力。
这让人不禁发问：能不能给冰冷的机器装上柔软、灵活的“仿生肌肉”？团队研发的新型智能材料——光致形变液晶高分子材料，提供了解题思路。
传统光响应高分子材料中，零散分布的感光分子各自为战，能量大量耗散，仅能在光刺激下产生微弱形变。如何实现“弱刺激、强致动”，让不同尺度的结构协同发力，是全球材料学界共同面对的挑战。
光控液晶高分子致动材料
怎样破解这一难题？团队将目光锁定在神奇的液晶上。
液晶是自然界的特殊中间态物质，它能像液体一样流动，又具备规整有序的分子排列。团队将液晶引入高分子网络，巧妙优化分子排布与高分子主链结构，打通“光能-化学能-机械能”的转化通道，使新材料形变能力提升100倍。
更关键的是，这款新材料攻克了传统材料的性能短板。以往材料质地越软，形变越大，但负载能力较弱。而新材料实现了致动性能与力学性能同步升级，致动性能超越骨骼肌、韧性媲美蜘蛛丝；模量调控范围覆盖三个数量级，可满足多元化应用场景的需求。
在光照刺激下，新材料能够如肌肉般进行伸缩、弯曲等灵活变形，也能用于提拉重物或驱动机械部件。
这款新材料兼具感知与驱动能力，未来甚至可以融入控制功能。不同于当下“刚性机器人”的离身式数字智能，该材料有望从物质层面赋予“软体机器人”智能特性，为深海、深空、深体等特殊应用场景中的智能装备提供解决方案。
“未来机器人最大的进步，也许不是更强壮，而是更智慧。”俞燕蕾说。
未来，指尖采血就能完成居家体检
“我们最核心的科学贡献，是解决了超微量液体的精准操控问题。”2016年，俞燕蕾带领团队在Nature杂志发表关于光控微流体领域的研究成果。转眼十年过去，他们不止于做出新材料，还让材料的创新带动微量液体操控的创新，做出了“有用”的设备。
全光控微流体芯片
相较于传统微流控系统，团队研发的全光控微流体芯片实现颠覆性突破。传统设备依赖外置机械泵驱动，无法精准操控微量液体，且流体仅靠分子扩散，混合效率低。同时，电、磁、热等传统操控方式，存在布线繁琐、需要添加辅助介质、调控单一等诸多局限。
团队选择了“光”。光作为一种清洁能源，具有非接触和高时空分辨优势。把材料本身做成微通道壁面，通过光照触发通道形态动态变化，就能让芯片流道内的液体完成移动、混合、分离、振荡等行为，可适配S型、星型等多种特殊流道。这一技术不仅实现纳升级液体的精准输运，更将液体混合效率提升两个数量级，破解微量液体传质慢、操控难的行业痛点。
显微镜观测下的全光控微流体芯片内部流道结构
这款全光控微流体芯片相当于一个“微型实验室”。仅需几滴指尖血，就能在方寸芯片之上完成蛋白检测、核酸检测，实现超微量疾病标志物的分钟级精准快检。目前，团队已与附属中山医院等多家医院开展临床合作，并携手迪虹生物、宝太智能等企业进行设备量产开发。
当前，老人、婴幼儿等群体的日常健康监测仍存在诸多不便，频繁往返医院，费时又费力。对此，团队未来希望搭建一个通用微流控技术平台，人们仅需指尖采血即可居家完成初筛，发现异常再到医院复诊。该技术能以便捷、高效、低成本的优势服务全民健康管理，响应“健康中国2030”建设。
“从材料研发、芯片设计到样机设备搭建，这个流程就走了十几年。”俞燕蕾说，“接下来可能又要三五年甚至更长时间，让样品变成商品。”
二十年，把冷门材料做成热门赛道
很长一段时间，材料学被贴上“天坑专业”标签，直到近两年才伴随着半导体和人工智能的爆发悄悄翻身。但对于身处其中的科研人员而言，这是一条整整二十年的“冷门”探索之路。
彼时，光响应液晶高分子是业内公认的“硬骨头”，分子结构繁杂、合成门槛高、制备难度大。更无奈的是，研究早期阶段，无法证明这类柔性材料的刺激-响应特性“有什么用”。但俞燕蕾看见了液晶材料的独特潜力，她相信那些当下看似“无用”的材料，也许只是还未等到能真正施展它价值的时代。
所谓创新，就是走前人没走过的路。二十年来，“撞南墙”“走弯路”是家常便饭。俞燕蕾还记得，刚开始做液体操控实验时，团队曾借鉴传统无机材料的刻蚀加工方案，可这套适配硬质材料的方法在柔性高分子材料上却并不奏效。
屡屡碰壁后，团队放弃照搬他人经验，沉下心吃透柔性材料独有特性，摸索适配自身体系的研究逻辑。团队成员、智能材料与未来能源创新学院教授韦嘉牵头扛起合成难题，带着学生泡在实验室两三年，做实验、查文献，一点点拆解技术难题，最终提出长程有序液晶高分子致动材料制备新方法。
“因为我们的研究周期很长，和很多老师都有合作，得到过太多人的支持。”俞燕蕾回忆，多年前的一通跨海电话，让深耕光响应材料的她，与专注发光材料的团队成员李富友一拍即合，开启了长达二十年的科研合作。李富友深耕检测领域多年，为团队顺利对接与医院、企业的合作，推动基础研究走向实用产品。
从2003年实现液晶材料光控可逆弯曲，到2016年攻克光控微流体技术，再到2026年将国家自然科学奖二等奖收揽入怀，俞燕蕾带领团队走过二十余年的科研征途。这二十年，恰是中国科技实力从跟跑、并跑向领跑跨越的二十年，国家政策的扶持与复旦新工科的布局，也让这颗长期耕耘的种子终于破土成荫。
团队合影
谈起获奖，俞燕蕾用了一个生动的比喻：就像踢足球，奖项从来不是单枪匹马的胜利，而是团队“劲往一处使”，踏实走好每一步，才有临门制胜的一脚。
科研工作周期长，学科交叉难度大，但俞燕蕾始终勉励团队：心态要好，小步快跑，抓紧时间慢慢做。一纸奖项只是序章，更长的征途仍在脚下。
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