Abstract In nature, plant tendrils can produce two fundamental motion modes, bending and chiral twisting (helical curling) distortions, under the stimuli of sunlight, humidity, wetting or other atmospheric conditions. To date, many artificial plant-like mechanical machines have been developed. Although some previously reported materials could realize bending or chiral twisting through tailoring the samples into various ribbons along different orientations, each single ribbon could execute only one deformation mode. The challenging task is how to endow one individual plant tendril mimic material with two different, fully tunable and reversible motion modes (bending and chiral twisting). Here we show a dual-layer, dual-composition polysiloxane-based liquid crystal soft actuator strategy to synthesize a plant tendril mimic material capable of performing two different three-dimensional reversible transformations (bending versus chiral twisting) through modulation of the wavelength band of light stimuli (ultraviolet versus near-infrared). This material has broad application prospects in biomimetic control devices.

Liquid-crystal elastomer (LCE) materials, which have been developed and investigated for 4 decades, still lack real industrial applications. The fundamental obstacle is the modest force of LCEs generated in the LC-to-isotropic phase transition process, which is the most important actuation moment. Here, we report an interpenetrating liquid-crystal polyurethane/polyacrylate elastomer material, consisting of one main-chain polyurethane LCE and another liquid-crystal polyacrylate thermoset network, which are simultaneously polymerized. This two-way shape memory material can reversibly shrink/expand under thermal stimulus and show ultrastrong actuation-mechanics properties. With a maximum shrinkage ratio of 86% at 140 °C, which is beyond the LC-to-isotropic phase transition, its actuation blocking stress, actuation work capacity, breaking strength, and elastic modulus reach 2.53 MPa, 1267.7 kJ/m3, 7.9 MPa, and 10.4 MPa, respectively. Such LCE material can lift up a load 30 000 times heavier than its own weight. We hope the outstanding mechanical properties of this interpenetrating polymer network-LCE material would pave the way for real industrial utilizations of LCE-based soft actuators.

In recent years, light-guided robotic soft actuators have attracted intense scientific attention and rapidly developed, although it still remains challenging to precisely and reversibly modulate the moving directions and shape morphing modes of soft actuators with ease of stimulating operation. Here we report a strategy of building a multi-stimuli-responsive liquid crystal elastomer soft actuator system capable of performing not only multi-directional movement, but also different shape morphing modes. This strategy is based on the selective stimulation of specific domains of the hierarchical structured actuator through the modulation of three wavelength bands (520, 808, 980 nm) of light stimulus, which release the actuation system from light scanning position/direction restriction. Three near-infrared dual-wavelength modulated actuators and one visible/infrared tri-wavelength modulated multi-directional walker robot are demonstrated in this work. These devices have broad application prospects in robotic and biomimetic technology.

Self-oscillation is a phenomenon where an object sustains periodic motion upon non-periodic stimulus. It occurs commonly in nature, a few examples being heartbeat, sea waves and fluttering of leaves. Stimuli-responsive materials allow creating synthetic self-oscillators fuelled by different forms of energy, e.g. heat, light and chemicals, showing great potential for applications in power generation, autonomous mass transport, and self-propelled micro-robotics. However, most of the self-oscillators are based on bending deformation, thereby limiting their possibilities of being implemented in practical applications. Here, we report light-fuelled self-oscillators based on liquid crystal network actuators that can exhibit three basic oscillation modes: bending, twisting and contraction-expansion. We show that a time delay in material response dictates the self-oscillation dynamics, and realize a freestyle self-oscillator that combines numerous oscillation modes simultaneously by adjusting the excitation beam position. The results provide new insights into understanding of self-oscillation phenomenon and offer new designs for future self-propelling micro-robots.

Abstract Naturalistic stimuli elicit rich subjective experiences through adaptive neural coordination. However, how inherent behavioral traits shape individual neural dynamics in naturalistic settings remains unclear. Here, we introduce a computational framework, STIM, to systematically capture individual differences in brain dynamics while watching diverse movie stimuli. By leveraging Topological Data Analysis, STIM generates a robust group-level dynamical landscape of brain latent states, mapping individual-specific divergence into global topology and local geometry. Applying STIM to large-sample movie fMRI datasets, we found that inter-individual variation in global topology exhibits a center-periphery gradient in the landscape. This gradient significantly explains individual fluid intelligence from a dual perspective, highlighting the importance of both adaptability and diversity of neural dynamics. At the fine-grained narrative level, individual local geometry attributes are associated with context-specific psychological traits beyond cognition. Furthermore, STIM reveals how the dynamical landscape evolves across neurodevelopment and exhibits abnormalities in psychiatric disorders such as autism. In summary, the STIM framework has the potential to transform rich naturalistic stimuli with brain recording into neural ‘probes’ to measure individual differences in cognition and mental health.

To reduce the carbon dioxide emissions during cement production, this research utilized seashell powder and calcined slag to replace a portion of the cement clinker, creating a novel green, low-carbon, ternary cement—seashell powder calcined slag cement (SCSC). This study investigated the impacts of seashell powder and calcined slag on the mechanical properties, hydration process, and microstructure of SCSC. The findings revealed that the addition of seashell powder and calcined slag improved the material's toughness and promoted the formation of cementitious products such as carboaluminate phases, C-A-S-H gel, and ettringite, with a 15% mixture of seashell powder and calcined slag increasing the compressive strength ratio of SCSC to ordinary Portland cement to 112%, and reducing the proportion of large pores by 3%.