Geïnspireerd door elementen uit de natuur, onderzoekers van de Universiteit van New Hampshire zeggen dat de puzzelachtige golvende structuur van de delicate zaadhuid, gevonden in planten zoals vetplanten en sommige grassen, zou het geheim kunnen bevatten voor het maken van nieuwe slimme materialen die sterk genoeg zijn om te worden gebruikt in artikelen zoals kogelvrije vesten, schermen, en vliegtuigpanelen.

"De belangrijkste functie van het zaadvlies is om het zaad te beschermen, maar het moet ook zacht worden om het zaad te laten ontkiemen. dus de mechanische eigenschap verandert, " zei Yaning Li, universitair hoofddocent werktuigbouwkunde. "Door van de natuur te leren, is het misschien mogelijk om de geometrie aan te passen en de architectuur te creëren voor een slim materiaal dat kan worden geprogrammeerd om de sterkte en taaiheid te vergroten, maar ook flexibel is en veel verschillende toepassingen heeft."

De bouwstenen van de zaadhuid zijn stervormige epidermale cellen die door zigzag intercellulaire gewrichten bewegen om een ​​compacte, betegelde buitenkant die het zaad aan de binnenkant beschermt tegen mechanische schade en andere omgevingsinvloeden, zoals droogte, ijskoud, en bacteriële infectie. Om de relatie tussen de structurele kenmerken en functies van de unieke microstructuur van de zaadhuid beter te begrijpen, prototypes werden ontworpen en vervaardigd met behulp van multi-materiaal 3D-printen, en mechanische experimenten en eindige-elementensimulaties werden op de modellen uitgevoerd.

"Stel je een raam voor, of de buitenkant van een vliegtuig, dat is echt sterk maar niet broos, " zei Li. "Datzelfde concept zou slim materiaal kunnen creëren dat kan worden aangepast om zich in verschillende situaties anders te gedragen, of het nu gaat om een ​​flexibeler kogelvrij vest dat nog steeds beschermend is of een ander soortgelijk materiaal."

De resultaten, gepubliceerd in het tijdschrift Geavanceerde materialen , laten zien dat de golving van de mozaïekachtige tegelstructuren van de zaadhuid, suurale mozaïekpatroon genoemd, speelt een sleutelrol bij het bepalen van de mechanische respons. Over het algemeen, hoe meer het is, hoe meer toegepaste belastingen effectief kunnen overgaan van de zachte golvende interface naar de harde fase, en daarom kunnen zowel de algehele sterkte als de taaiheid tegelijkertijd worden verhoogd.

Onderzoekers zeggen dat de beschreven ontwerpprincipes een veelbelovende benadering laten zien voor het verbeteren van de mechanische prestaties van tegelcomposieten van door de mens gemaakte materialen. Aangezien de algehele mechanische eigenschappen van de prototypes over een zeer groot bereik konden worden afgestemd door simpelweg de golving van de mozaïekachtige structuren te variëren, zij geloven dat het een routekaart kan bieden voor de ontwikkeling van nieuwe functioneel gesorteerde composieten die kunnen worden gebruikt in bescherming, evenals energieabsorptie en -dissipatie. Er is een patent aangevraagd dat is ingediend door UNHInnovation, die pleit voor, beheert, en bevordert het intellectuele eigendom van UNH.