La nature fournit des informations uniques sur les stratégies de conception développées par les organismes vivants pour construire des matériaux robustes. Dans ce cas, le groupe de recherche a pu créer un nouveau matériau résistant aux chocs inspiré du club dactyle de la crevette mante. Le nouveau matériau pourrait être utilisé dans des applications qui nécessitent de résister à des impacts répétitifs à taux de déformation élevé tout en maintenant l'intégrité structurelle. Les résultats de la recherche ont été publiés le 1er septembre 2021 dans Matériaux avancés .

Un groupe de recherche de VTT a réussi à concevoir et produire un biocomposite minéralisé présentant une résistance élevée, raideur, et une résistance à la rupture qui ressemble à la conception architecturale du club dactyle de la crevette mante.

"Ces crevettes envoûtantes sont l'une des machines à tuer les plus meurtrières de la nature. Par rapport à leur petite taille, ils ont le punch le plus fort du règne animal. Ils écrasent leur proie en lançant une paire d'appendices rapaces en forme de marteau avec une vitesse et une force énormes supérieures à celles des balles de fusil lors de la chasse à courte distance, " explique le Dr Pezhman Mohammadi, Chercheur au VTT. « Les principales sources de nourriture de la crevette-mante sont les organismes marins à carapace dure, comme les mollusques. Pour aller au doux, partie nutritive qu'ils effacent directement à travers ces exosquelettes hautement minéralisés."

Des études antérieures ont montré que le club est un nanocomposite multiphasé classé hiérarchiquement avec des propriétés mécaniques graduées. "Le club a une couche intérieure douce assurant une dissipation d'énergie et une rigidité, dur, et couche extérieure résistante aux chocs. Ensemble, les couches améliorent la tolérance globale aux dommages du club. Les deux couches ont des blocs de construction similaires, mais dans un contenu relatif différent, forme polymorphe, et organisation. Le bloc de construction principal est constitué de nanofibrilles de chitine ordonnées de manière hélicoïdale qui sont collées ensemble par une matrice riche en protéines, " raconte Mohammadi.

Association de nanocristaux de cellulose et de protéines

Le groupe de recherche a reproduit cette structure en utilisant des blocs de construction et des conditions de traitement similaires. Ils ont assemblé un nouveau composite, qui se compose de nanocristaux de cellulose et de deux types de protéines génétiquement modifiées. Une protéine a été conçue pour augmenter la résistance interfaciale du matériau et l'autre pour médier la nucléation et la croissance des cristaux d'hydroxyapatite. Ce nouveau composite a été transformé en formes complexes en le transformant en une couronne d'implant dentaire avec des motifs périodiques d'orientation de micro-renfort, et une architecture bicouche similaire aux dents humaines. Avec une enquête plus approfondie, les protéines pourraient être modifiées pour fournir de nouvelles caractéristiques au matériau.

Pour les applications futures, l'évolutivité et les conditions de traitement du matériau doivent encore être développées.