Mensen hebben opmerkelijke vooruitgang geboekt bij het evenaren en zelfs overtreffen van het vermogen van de natuur om sterke, sterke en lichtgewicht structurele materialen te creëren door vooruitgang in wetenschap en techniek. Hier zijn een paar voorbeelden:

Koolstofvezelcomposieten:

- Natuurlijke materialen als spinnenzijde en bot ontlenen hun kracht aan hiërarchische structuren met eiwitketens. Geïnspireerd door de natuur bootsen koolstofvezelcomposieten deze structuren na door sterke koolstofvezels in een polymeermatrix in te bedden. Ze vertonen een uitzonderlijke sterkte-gewichtsverhouding en overtreffen veel biologische materialen.

Grafeen:

- De ontdekking van grafeen, een laag koolstofatomen van één atoom dik, gerangschikt in een hexagonaal rooster, onthulde een materiaal met opmerkelijke eigenschappen. Grafeen is ongelooflijk sterk, stijver dan diamant, maar toch buitengewoon licht en flexibel. Wetenschappers onderzoeken mogelijke toepassingen van grafeen in composieten en elektronische apparaten.

Ultrasterk staal:

- Geavanceerde verwerkingstechnieken hebben de ontwikkeling van ultrasterk staal (UHSS) mogelijk gemaakt. Door de korrelstructuur te verfijnen en legeringselementen en warmtebehandelingen op te nemen, bereikt UHSS een opmerkelijke sterkte met behoud van voldoende taaiheid. Het vindt toepassingen in de automobiel-, ruimtevaart- en bouwsector.

Bio-geïnspireerde keramiek:

- Parelmoer, gevonden in schelpen van weekdieren, vertoont een uitstekende combinatie van sterkte en taaiheid dankzij de microstructuur van baksteen en mortel. Onderzoekers hebben met succes parelmoerachtig keramiek ontwikkeld door dit natuurlijke ontwerp na te bootsen, wat heeft geleid tot lichtgewicht, schadetolerante materialen voor verschillende technische toepassingen.

Synthetische spinzijde:

- Dankzij de vooruitgang op het gebied van genetische manipulatie en eiwitchemie zijn wetenschappers in staat synthetische spinnenzijdevezels te produceren. Deze vezels komen overeen met de sterkte en taaiheid van natuurlijke spinnenzijde en bieden opwindende mogelijkheden voor lichtgewicht textiel, medische hechtingen en biogebaseerde materialen.

Titaanlegeringen:

- Op het gebied van de metallurgie zijn titaniumlegeringen uitgegroeid tot hoogwaardige materialen. Ze combineren sterkte, laag gewicht en uitstekende corrosieweerstand, waardoor ze waardevol zijn in de lucht- en ruimtevaart, medische implantaten en maritieme omgevingen.

Cellulaire metalen:

- Geïnspireerd door natuurlijke schuimen en honingraten hebben onderzoekers cellulaire metalen ontwikkeld met op maat gemaakte cellulaire structuren. Deze materialen bieden uitzonderlijke energieabsorptie en sterkte-gewichtsverhoudingen, en vinden toepassingen in schokbescherming, thermisch beheer en lichtgewicht componenten.

Hoewel deze voorbeelden aantonen dat we in staat zijn om de natuur te evenaren of zelfs te overtreffen, is het belangrijk om te erkennen dat veel natuurlijke materialen nog steeds geheimen en complexiteiten bevatten die voortdurend onderzoek en innovatie in de materiaalwetenschap en -techniek inspireren.