纤维基人工肌肉驱动器作为一种结构简单、轻质灵活的柔性驱动器,近年来受到纺织与相关工程及应用领域的普遍关注。然而,现有纤维基人工肌肉驱动器往往存在驱动形式单一、驱动条件苛刻、潜在的化学毒性、复杂的加工工艺、材料或制备成本高等问题,阻碍了纤维基人工肌肉在智能纺织品等领域的广泛应用。本文基于纺织材料的多尺度结构特征,采用具有良好亲肤性的再生纤维素纤维为基础材料,借助纤维的纳微结构调控与纺织品固有的多级结构可设计性、可扩展性、柔软性及力学鲁棒性,采用自下而上的纺织构形技术并结合应力工程方法,研发快速响应、大驱动应变的纱线湿敏人工肌肉驱动器,并进一步通过纺织拓扑编织构形将纱线驱动器一维变形扩展为具有高维度多重变形的织物驱动器,并对驱动机理和性能进行了理论分析与实验验证,形成了纱线和织物驱动器的批量化加工方法,在此基础上实现了湿响应智能纺织品的设计开发。本研究有助于推进纤维基驱动器在多级结构设计、驱动性能和变形模式等方面的新发展,促进纤维基人工肌肉驱动器在智能纺织品、热湿管理服装等领域的拓展与应用。主要研究内容与结果如下:（1）本文基于纤维各向异性湿膨胀的变形致动机理,对选用的粘胶纤维施加热环境下的应力牵伸处理来提升纱线人工肌肉的驱动性能。探讨了热牵伸处理对粘胶纤维聚集态结构的作用与影响,分析了热牵伸处理前后的纤维介观结构和微观形貌等特征。发现热牵伸处理可诱导纤维晶区取向度进一步提高（相对取向度fr由0.85提升到0.89）,结合电镜观察的干、湿状态下纤维纵截面的原纤分布与排列规律,阐释了热牵伸处理对诱导纤维各向异性膨胀（提高纤维的径向吸湿膨胀率,并降低轴向吸湿膨胀率）的积极作用;同时二维X射线衍射结果和宏观力学性能测试揭示了热牵伸后的纤维在吸湿-放湿的循环过程中微观结构变化的可逆性,并进一步借助粘胶纤维吸湿性能测试,说明了粘胶纤维可被用作制备湿敏人工肌肉驱动器的优良材料。（2）在纤维微观结构和性能分析的基础上,进一步探讨纤维的加捻、双螺旋结构和弹簧螺旋形态的设计。通过对纤维/纤维束实施加捻、自捻合的方法制备双螺旋结构的扭转型纱线人工肌肉,在此基础上通过将双螺旋肌肉相对中轴缠绕成弹簧螺旋形态并借助湿热定型制备了伸缩型纱线人工肌肉。当交替地暴露于干湿环境时,两种纱线人工肌肉可分别产生可逆的扭转与收缩运动。通过施加0.05 g s-1的水雾量对人工肌肉进行驱动测试,纱线人工肌肉驱动器展现出优良的驱动性能:热牵伸扭转型纱线人工肌肉驱动器的最大扭转角度可达1752°cm-1,比未经热牵伸处理的原始粘胶纤维制备的纱线人工肌肉高1.7倍,平均转速为351 rpm,超过未经热牵伸处理的原始粘胶纱线人工肌肉（210rpm）,最大转速和比功分别高达2100 rpm和0.0254 J kg-1;伸缩型纱线人工肌肉驱动器的最大收缩冲程为95%,最大工作能力为0.38 J kg-1。两种纱线人工肌肉均展现了优良的循环性能。（3）构建了双螺旋纱线人工肌肉驱动器的多尺度几何结构模型和数理解析模型,进一步明确了纤维基人工肌肉的驱动机理和驱动模式,阐释了纱线人工肌肉的分级结构特征对其驱动性能的影响规律。借助单螺旋结构的微分表达形式,分析了驱动应变的结构起源,认为单束纤维的加捻形成其内在扭转应力,当湿度增加时,纤维各向异性膨胀使得原始长度（纤维的螺旋路径）减小和加捻纤维半径增加,可导致加捻纤维的解捻,诱导单螺旋转动,进而形成双螺旋的加捻驱动。这一驱动原理也进一步说明了热牵伸处理可在宏观上使粘胶纤维长度方向伸长,直径方向缩短来提高加捻纤维湿膨胀过程中的解捻数,进而提高双螺旋纱线人工肌肉的驱动性能。此外,从能量的观点解析了纤维捻度和纱线捻度的关系,说明了纱线人工肌肉的扭转冲程来自于纱线吸湿时从加捻纤维传递到纱线的扭转能量,并在纱线放湿时从纱线反向传递到纤维。（4）通过集成纺纱技术与纺织拓扑结构设计,实现了纱线人工肌肉的机械化生产,并研发和织造出织物人工肌肉驱动器,将一维纱线人工肌肉的单一变形扩展到二维织物人工肌肉的高维度多样化变形。所制备的织物人工肌肉在干湿环境交替中,展现出可逆的空间卷曲/舒展变形,当织物肌肉用约0.07 g的水雾驱动时,最大弯矩为2.6×10-4 N m,这样的力值足够满足其作为智能纺织品的要求,通过织物人工肌肉的不同剪裁,可进一步实现螺旋、弯曲、卷绕等多形态的变形效果。基于织物人工肌肉驱动器的多重驱动变形形式,进一步探讨了其在热湿管理智能服装和产业用纺织品等领域中的潜在应用。其中针对热湿管理服装的需求,研发出智能卷起的衣袖,该衣袖可在人体皮肤出汗时卷起,以增加汗液蒸发和热量损失来帮助身体降温散热;同时设计出具有气孔开合功能的智能调温服装,在受到汗液的刺激时,可将织物表面的气孔打开来散热散湿,在汗液蒸发后气孔可关闭来保持体温。此外,探索了织物人工肌肉在智能温室大棚等工程领域的应用,开发智能遮阳帘等。综上,本文提出从微观结构（纤维的聚集态结构）到宏观构形（纤维-纱线-织物结构）的跨尺度设计策略,制备了高驱动应变的湿敏纤维基人工肌肉驱动器,表征了驱动性能,阐释了驱动机制,并通过纺织构形技术,制备织物人工肌肉驱动器,进一步扩展了纤维基人工肌肉的应用领域和变形维度。本研究可为纤维基人工肌肉性能提升提供新的方法借鉴,也有利于促进纤维基人工肌肉驱动器在智能纺织品等领域的发展与应用。