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圖 1. 脫水和腫脹過程中同時發生的硬化和軟化。含水量的變化會同時引起水凝膠微觀結構變化的幾個方面，包括氫鍵抑制、物理抑制和網絡松弛。約束導致水凝膠的機械硬化效應，而網絡松弛使水凝膠更柔軟。通過適當控制這種并發的硬化和軟化現象，可以促進水凝膠在許多技術中的應用。

將這種方法應用于軟機器人、自組裝以及解釋聚合物物理和植物形態進化的基本機制方面的現有問題的機會是巨大的。這里的第一個例子是功能柔性結構的四維打印。通過在印跡結構的特定位置打印不同初始水含量的聚合物凝膠，可以在依賴時間的刺激(脫水或水合)后獲得其他復雜的結構。印刷結構的這種形態轉變或自組裝是通過不同區域之間的剛度差異和膨脹失配來實現的。預計在對環境刺激做出反應的智能執行器和機器人領域將產生進一步的興趣。科研人員展示了在可以執行抓取和扭轉動作的水下手臂中的應用。通過制造更詳細的結構，能夠實現更復雜的功能，如設計人造魚和靈活的機器人，制造意大利面，以及模擬植物的生長。

圖 2. PAAM 水凝膠的機械響應。(A) 硬態和 (B) 軟態的 PAAM 水凝膠。(C) 脫水引起的硬化效應。制得的含水量均為75%。隨著溶劑的損失，水凝膠的楊氏模量呈指數增長。(D) 脫水引起的軟化效果。雖然測試時的含水量都是75%，但如果水凝膠經過脫水過程，含水量會更高，水凝膠會更柔軟。(E) 具有不同制備和測試含水量的 PAAM 水凝膠的楊氏模量。紅色、綠色和藍色球體分別代表水凝膠在脫水狀態、制備狀態和水合狀態下進行測試。球體大小代表楊氏模量的大小。

這種方法的另一個意義在于揭示了原子級鏈相互作用模式的本質以及在聚合物和聚合物凝膠中它們之間所起的溶劑的作用。它也可用于聚合物材料的設計。

圖 6.脫水引起的軟化。(A) 聚合物分子在兩種含水量均為53%的水凝膠中的擴散系數和擴散半徑。但一個是準備好的，而另一個是脫水的，水分含量為 74%。(B) 這兩種水凝膠的配置草圖。藍點代表聚合物鏈之間的糾纏和約束。(C) 不同理論模型和實驗之間單軸拉伸結果的比較。(D) 我們的模型和實驗結果。測試含水量均為75%，而與配制的含水量不同。