Inspiré des éléments trouvés dans la nature, des chercheurs de l'Université du New Hampshire affirment que la structure ondulée ressemblant à un puzzle du délicat tégument de la graine, trouvé dans les plantes comme les succulentes et certaines graminées, pourrait détenir le secret de la création de nouveaux matériaux intelligents suffisamment solides pour être utilisés dans des articles comme les gilets pare-balles, écrans, et panneaux d'avion.

"La fonction principale du tégument est de protéger la graine mais il doit aussi devenir mou pour permettre à la graine de germer, donc la propriété mécanique change, " a déclaré Yaning Li, professeur agrégé de génie mécanique. "En apprenant de la nature, il peut être possible d'adapter la géométrie et de créer l'architecture d'un matériau intelligent qui peut être programmé pour amplifier la résistance et la ténacité, mais aussi être flexible et avoir de nombreuses applications différentes."

Les éléments constitutifs du tégument sont des cellules épidermiques en forme d'étoile qui se déplacent par des articulations intercellulaires en zigzag pour former un compact, extérieur carrelé qui protège la graine à l'intérieur des dommages mécaniques et autres contraintes environnementales, comme la sécheresse, gelé, et infection bactérienne. Pour mieux comprendre la relation entre les attributs structurels et les fonctions de la microstructure unique du tégument, des prototypes ont été conçus et fabriqués en impression 3D multi-matériaux, et des expériences mécaniques et des simulations par éléments finis ont été réalisées sur les modèles.

"Imaginez une fenêtre, ou l'extérieur d'un avion, c'est vraiment fort mais pas cassant, " a déclaré Li. " Ce même concept pourrait créer un matériau intelligent qui pourrait être adapté pour se comporter différemment dans différentes situations, qu'il s'agisse d'un gilet pare-balles plus flexible qui est toujours protecteur ou d'un autre matériau de ce type. "

Les résultats, publié dans la revue Matériaux avancés , montrent que l'ondulation des structures en mosaïque du tégument, appelées pavages suturaux, joue un rôle clé dans la détermination de la réponse mécanique. Généralement, plus c'est vague, plus une charge appliquée peut transiter efficacement de l'interface onduleuse douce à la phase dure, et par conséquent, la résistance et la ténacité globales peuvent être augmentées simultanément.

Les chercheurs disent que les principes de conception décrits montrent une approche prometteuse pour augmenter les performances mécaniques des composites carrelés de matériaux synthétiques. Étant donné que les propriétés mécaniques globales des prototypes pourraient être ajustées sur une très large plage en faisant simplement varier l'ondulation des structures en mosaïque, ils pensent qu'il peut fournir une feuille de route pour le développement de nouveaux composites à grades fonctionnels qui pourraient être utilisés dans la protection, ainsi que l'absorption et la dissipation d'énergie. Il y a un brevet en instance qui a été déposé par UNHInnovation, qui milite pour, gère, et promeut la propriété intellectuelle de l'UNH.