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.

In this Communication, we develop a two-step acyclic diene metathesis in situ polymerization/cross-linking method to synthesize uniaxially aligned main-chain liquid crystal elastomers with chemically bonded near-infrared absorbing four-alkenyl-tailed croconaine-core cross-linkers. Because of the extraordinary photothermal conversion property, such a soft actuator material can raise its local temperature from 18 to 260 °C in 8 s, and lift up burdens 5600 times heavier than its own weight, under 808 nm near-infrared irradiation.