Ingenieurs hebben hun inspiratie gehaald uit schelpen en grapefruits om te creëren wat volgens hen het eerste gefabriceerde niet-snijbare materiaal is.

Dit nieuwe materiaal, die kunnen worden gebruikt in de beveiligings- en gezondheids- en veiligheidsindustrieën, kan de kracht van een snijgereedschap op zichzelf terugdraaien.

Het lichtgewicht materiaal - Proteus genoemd naar de van vorm veranderende mythische god - is gemaakt van keramische bollen die zijn ingekapseld in een cellulaire aluminiumstructuur die bij tests niet door haakse slijpers kon worden gesneden, boren of hogedruk waterstralen.

Een internationaal onderzoeksteam, geleid door de Universiteit van Durham, VK, en Fraunhofer Institute for Machine Tools and Forming Technology IWU in Chemnitz in Duitsland, kreeg het idee voor het nieuwe materiaal van de taaie celhuid van de grapefruit en de breukvaste schelpen van weekdieren.

Abalone zeedieren zijn gemaakt van tegels die onderling verbonden zijn met een biopolymeer materiaal waardoor ze bestand zijn tegen breuken. Om weerstand te bieden aan de meest gewelddadige tools voor gedwongen toegang, organische materialen zoals aragoniettegels - gevonden in schelpen van weekdieren - werden in het nieuwe materiaal vervangen door industriële, aluminiumoxide keramiek en een aluminium, metalen schuimmatrix.

Het nieuwe materiaal is sterk, licht en niet snijbaar. De onderzoekers zeggen, het kan worden gebruikt om fietssloten te maken, lichtgewicht pantser en in beschermingsmiddelen voor mensen die met snijgereedschappen werken.

De bevindingen zijn gepubliceerd in het tijdschrift Wetenschappelijke rapporten Het nieuwe materiaalsysteem is dynamisch met een evoluerende interne structuur die een snelle beweging creëert waar het samenwerkt met de snijgereedschappen. De dynamische respons lijkt meer op levende structuren.

Het materiaal is gemaakt van een cellulaire aluminiumstructuur die om keramische bollen is gewikkeld en dit heeft een dubbel destructief effect op snijgereedschappen. Bij het snijden met een haakse slijper of boor, de trillingen die worden veroorzaakt door de keramische bollen in de behuizing maken de snijschijf of boor bot.

De interactie tussen de schijf en de keramische bol creëert een in elkaar grijpende, vibrerende verbinding die het snijgereedschap voor onbepaalde tijd weerstaat.

Het mes wordt geleidelijk uitgehold, en uiteindelijk ondoeltreffend gemaakt als de kracht en energie van de schijf of de boor op zichzelf wordt teruggedraaid, en het is verzwakt en vernietigd door zijn eigen aanval.

In aanvulling, het keramiek fragmenteert in fijne deeltjes, die de celstructuur van het materiaal vullen en uitharden naarmate de snelheid van het snijgereedschap toeneemt als gevolg van interatomaire krachten tussen de keramische korrels. Op deze manier weert het adaptieve karakter van het materiaal elke aanval verder af.

Waterstralen bleken ook niet effectief omdat de gebogen oppervlakken van de keramische bollen de straal verbreden, wat de snelheid aanzienlijk vermindert en de snijcapaciteit verzwakt.

Hoofdauteur Dr. Stefan Szyniszewski, Universitair Docent Toegepaste Mechanica, bij de afdeling Ingenieurswetenschappen, Durham-universiteit, zei:"We waren geïntrigeerd door hoe de cellulaire structuur van de grapefruit en de tegelstructuur van de schelpen van weekdieren schade aan het fruit of de wezens binnenin kunnen voorkomen, ondanks dat het gemaakt is van relatief zwakke organische bouwstenen.

"Deze natuurlijke structuren hebben het werkingsprincipe van ons metaal-keramisch materiaal geïnformeerd, die is gebaseerd op dynamische interactie met de toegepaste belasting, in tegenstelling tot passieve weerstand.

"Het snijden van ons materiaal is als het doorsnijden van een gelei gevuld met klompjes. Als je door de gelei komt, raak je de klompjes en het materiaal gaat zo trillen dat het de snijschijf of boor vernietigt.

"Het keramiek dat in dit flexibele materiaal is ingebed, is ook gemaakt van zeer fijne deeltjes die de haakse slijper of het boorapparaat verstijven en weerstaan ​​wanneer je met hoge snelheid snijdt, net zoals een zandzak weerstand zou bieden aan een kogel en deze met hoge snelheid zou stoppen.

"Dit materiaal zou veel nuttige en opwindende toepassingen kunnen hebben in de beveiligings- en veiligheidsindustrie. we zijn niet op de hoogte van enig ander gefabriceerd niet-snijbaar materiaal dat op dit moment bestaat."

Studie co-auteur Dr. Miranda Anderson, Afdeling Filosofie, University of Stirling zei:"Omdat de succesvolle weerstand van ons materiële systeem vereist dat het interne transformaties ondergaat, we kozen voor de naam Proteus.

"In 1605, Francis Bacon vergeleek natuurlijke materialen met Proteus die 'ooit van vorm veranderde' en hij betoogde dat we door experimenten de metamorfe eigenschappen van materialen kunnen onthullen."

Dr. Szyniszewski voegde toe:"Dit is wat we hebben bereikt met dit nieuwe materiaal en we zijn enthousiast over het potentieel ervan."

De onderzoekers hebben een patent aangevraagd voor hun materiaaltechnologie en ze hopen samen te werken met industriële partners zodat het kan worden ontwikkeld tot producten voor de markt.