Abstract Hydrogels are widely used in flexible aqueous batteries due to their liquid‐like ion transportation abilities and solid‐like mechanical properties. Their potential applications in flexible and wearable electronics introduce a fundamental challenge: how to lower the freezing point of hydrogels to preserve these merits without sacrificing hydrogels' basic advantages in low cost and high safety. Moreover, zinc as an ideal anode in aqueous batteries suffers from low reversibility because of the formation of insulative byproducts, which is mainly caused by hydrogen evolution via extensive hydration of zinc ions. This, in principle, requires the suppression of hydration, which induces an undesirable increase in the freezing point of hydrogels. Here, it is demonstrated that cooperatively hydrated cations, zinc and lithium ions in hydrogels, are very effective in addressing the above challenges. This simple but unique hydrogel not only enables a 98% capacity retention upon cooling down to −20 °C from room temperature but also allows a near 100% capacity retention with >99.5% Coulombic efficiency over 500 cycles at −20 °C. In addition, the strengthened mechanical properties of the hydrogel under subzero temperatures result in excellent durability under various harsh deformations after the freezing process.

Abstract The exploration of adaptive robotic systems capable of performing complex tasks in unstructured environments, such as underwater salvage operations, presents a significant challenge. Traditional rigid grippers often struggle with adaptability, whereas bioinspired soft grippers offer enhanced flexibility and adaptability to varied object shapes. In this study, we present a novel bioinspired soft robotic gripper integrated with a shape memory alloy (SMA) actuated suction cup, inspired by the versatile grasping strategies of octopus arms and suckers. Our design leverages a tendon-driven composite arm, enabling precise bending and adaptive grasping, combined with SMA technology to create a compact, efficient suction mechanism. We develop comprehensive kinematic and static models to predict the interaction between arm bending deflection and suction force, thereby optimizing the gripper’s performance. Experimental validation demonstrates the efficacy of our integrated design, highlighting its potential for advanced manipulation tasks in challenging environments. This work provides a new perspective on the integration of bioinspired design principles with smart materials, paving the way for future innovations in adaptive robotic systems.

Twisted string actuators, which are an emerging artificial muscle, efficiently convert rotary motor motion into linear load movement, with advantages like high transmission ratio, compliance, simple structure, and long-distance power transmission. However, the limited range of transmission ratio adjustment remains a challenge. Thus, this paper introduces a novel twisted string actuator design that automatically and continuously adjusts its transmission ratio in response to external loads. Utilizing lightweight hyperelastic slender rods, the twisted string actuator with continuously variable transmission achieves a simple, compact, and cost-effective design. By manipulating the distance between two twisted strings through rod deformation, the transmission ratio continuously adapts to varying load conditions. Mathematical models of the twisted string actuator with continuously variable transmission are derived and experimentally validated, demonstrating a 2.1-fold transmission ratio variation from 0.1 kg to 1.5 kg loads. Application in an anthropomorphic robot finger showcases a 6.2-fold transmission ratio change between unloaded and loaded states. Our twisted string actuator with continuously variable transmission offers unparalleled advantages in weight, cost, simplicity, compliance, and continuous transmission ratio adjustability, making it highly suitable for robotic systems.

Abstract Suction cups has been widely utilized to grasp objects, but they typically encounter challenges with sealing failure and non-adjustable adhesion force. In this study, a bioinspired suction cup integrated with an shape memory alloy actuated module was proposed to solve these problems. The actuating performance under different input current was firstly investigated to ensure the effectiveness of the module. Then, inspired by the surface structures of the tree frog’s toe pad, the synthetic bioinspired suction cups with hexagonal microstructures at the rims were designed. The regular cup with soft and smooth rim was also fabricated for comparison study. Furthermore, the adhesion performance and surface adaptability of different two cups were studied in both dry and water conditions on substrates with various roughness levels. The results indicated that the proposed active bioinspired suction cup exhibited higher pull-off strength and better sealing on less rough substrates. The proposed bioinspired suction cup possessed the advantages of compactness and lightweight, thus demonstrating potential for integration into arrayed suction grippers.