Au cours de centaines de millions d'années d'évolution, la nature a produit une myriade de matériaux biologiques qui servent soit de squelettes, soit d'armes défensives ou offensives. Bien que ces matériaux structurels naturels soient dérivés de composants naturels relativement stériles, tels que les minéraux fragiles et les biopolymères ductiles, ils présentent souvent des propriétés mécaniques extraordinaires en raison de leurs structures hiérarchiques hautement ordonnées et de leur conception interfaciale sophistiquée. Par conséquent, ils sont toujours un sujet de recherche pour les scientifiques visant à créer des matériaux structuraux artificiels avancés.

Grâce à l'observation microstructurale, les chercheurs ont déterminé que de nombreux matériaux biologiques, y compris les écailles de poisson, pinces et os de crabe, tous ont une structure caractéristique en « contreplaqué torsadé » qui consiste en un arrangement très ordonné de lamelles de fibres à l'échelle micro/nano. Ce sont des composites renforcés de fibres naturelles structurellement sophistiqués et présentent souvent une excellente tolérance aux dommages qui est souhaitable pour l'ingénierie des matériaux de structure, mais difficile à obtenir. Par conséquent, les chercheurs cherchent à imiter ce type de structure hiérarchique naturelle et de conception interfaciale en utilisant des fibres synthétiques artificielles et abondantes à l'échelle micro/nano-dimensionnelle comme blocs de construction. De cette façon, ils espèrent produire des matériaux structuraux artificiels de haute performance supérieurs aux matériaux existants. Cependant, en raison du manque de technologie d'assemblage à l'échelle micro/nano, en particulier le manque de moyens pour intégrer efficacement des unités structurelles unidimensionnelles à l'échelle micro/nano dans une forme en vrac macroscopique, imiter les composites naturels renforcés de fibres a toujours été un défi majeur.

Récemment, inspiré par la structure en contreplaqué torsadé à l'échelle micro/nano de l'armure naturelle à l'échelle giga d'Arapaima (a-d), l'équipe de recherche biomimétique dirigée par le professeur Shu-Hong Yu de l'Université des sciences et technologies de Chine (USTC) a proposé une haute efficacité, stratégie d'assemblage ascendante « brossage et laminage » (e-f) avec les micro/nanofibres biocompatibles comme unités structurelles, et fabriqué avec succès des matériaux structurels de contreplaqué torsadé biomimétiques en vrac tridimensionnels (g). En contrôlant hiérarchiquement l'alignement des fibres dans la matrice biopolymère, les propriétés mécaniques des matériaux résultants peuvent être modulées avec précision. Ils ont découvert que les matériaux artificiels obtenus reproduisaient étroitement les mécanismes structurels et de durcissement à plusieurs échelles de leurs homologues naturels, obtenir d'excellentes propriétés mécaniques bien au-delà des composants structurels fondamentaux ; ils sont comparables à ceux de l'os naturel et de nombreux autres matériaux naturels et artificiels. Plus important, la stratégie d'assemblage proposée est éco-responsable, programmé et évolutif, et peut être facilement étendu à d'autres systèmes de matériaux. Par conséquent, il offre un nouvel espace technologique pour la conception de matériaux structuraux renforcés de fibres biomimétiques plus avancés (en particulier les matériaux de protection des blindages).