Des scientifiques chinois travaillant avec d'autres chercheurs ont découvert pour la première fois les mécanismes sous-jacents de la structure hiérarchique des fanons de baleine, dans le but de développer des matériaux d'ingénierie avancés. Dans une publication récente, Le Dr Bin Wang des Instituts de technologie avancée de Shenzhen de l'Académie chinoise des sciences et des collaborateurs américains ont révélé comment les mécanismes sous-jacents de la structure hiérarchique des fanons contribuent à son comportement de fracture unique.

L'océan possède une corne d'abondance d'organismes qui se développent grâce à des stratégies ingénieuses, fournissant ainsi une source d'inspiration pour l'innovation. Les baleines à fanons sont particulièrement remarquables en raison des nombreuses propriétés importantes de leurs fanons caractéristiques, l'appareil filtreur à l'intérieur de la cavité buccale des mysticètes (baleines à fanons). Il se compose d'une série de plaques parallèles suspendues au palais des deux côtés de la bouche et est le matériau le plus minéralisé des kératines. Les fanons permettent de se nourrir efficacement de grandes quantités de petit zooplancton. Ce mécanisme de filtrage a permis aux mysticètes d'évoluer en les plus grandes créatures vivantes sur terre.

Prenant la place des dents, Les fanons résistent toute une vie aux forces générées par l'écoulement de l'eau et les proies sans se fracturer. En effet, ténacité à la rupture, qui mesure l'intégrité structurelle pour un fonctionnement fiable, est une propriété matérielle cruciale pour les fanons ainsi que pour les matériaux utilisés dans les applications marines. Bien que rarement étudié, Les fanons sont connus depuis longtemps pour être à la fois solides et flexibles. C'était un matériau populaire utilisé dans les corsets du XIe au XXe siècle et a été utilisé dans la vannerie autochtone d'Alaska.

Les recherches du professeur Wang et de ses collègues montrent que la structure à l'échelle nanométrique des filaments intermédiaires et des cristaux minéraux des fanons, qui sont noyés dans une matrice amorphe, augmente sa rigidité et sa résistance. Par ailleurs, des lamelles tubulaires microscopiques contrôlent le sens de propagation des fissures en cas de rupture, et boucle et cisaillement sous compression. En outre, la structure tubulaire sandwich de baleen augmente la rigidité et la résistance à la flexion avec une économie de poids favorable.

"Le fanon a une ténacité hautement anisotrope, " a déclaré le professeur Meyers. " Dans le sens longitudinal, les fissures se propagent facilement, conduisant à un délaminage souhaitable, effilochage, et formation de poils, nécessaire à l'action de filtrage, tandis que dans le sens transversal, la propagation des fissures est combattue par la structure tubulaire, fournissant la résistance requise à l'écoulement de l'eau et à l'impact des proies.

Expériences quasi-statiques et dynamiques, qui soutiennent le comportement de rupture anisotrope des fanons, a montré une transition ductile à cassante, avec une vitesse de déformation croissante à l'état sec mais absente à l'état hydraté.

Une analyse connexe incorporant l'effet plastifiant de l'eau et le raidissement de la vitesse de déformation a fourni de nouvelles informations sur le comportement des fanons sous des facteurs concurrents d'hydratation et de charge dynamique, qui est une considération clé pour la conception de nouveaux matériaux d'ingénierie pour l'environnement marin.

Le professeur Wang a déclaré qu'il était « incroyable et passionnant » d'étudier les fanons du point de vue de l'ingénierie des matériaux. Wang a souligné que les nouvelles découvertes dans la conception de matériaux liées aux fanons peuvent aider à atteindre l'"objectif ultime" de développer des matériaux d'ingénierie avancés.