De vrije val van grapefruit vanaf 10 m beschadigt de pulp niet, de Arapaimas-vissen die in de Amazone leven, weerstaan de aanval van de driehoekige tandenreeksen van piranha's, Schelpen van de abalone zeedier zijn hard en breukvast, ……….
In de bovenstaande gevallen gebruikt de natuur hiërarchische structuren om bescherming te bieden tegen extreme belastingen.
Geïnspireerd door deze voorbeelden van levende wezens die hiërarchische structuren gebruiken voor bescherming, hebben wetenschappers een nieuw 'architected material' ontwikkeld genaamd Proteus (naar de vormveranderende mythische god) die vergelijkbare eigenschappen heeft.
Proteus, het nieuwe lichtgewicht materiaal (slechts 15% van de staaldichtheid) is zowel zeer vervormbaar als ultrabestendig tegen dynamische puntbelastingen niet-snijdbaar door een haakse slijper en een boormachine.
Het is metaalschuim gemaakt van aluminiumoxide-keramische bollen ingekapseld in een cellulair aluminium. Deze nieuwe metaal-keramische, hiërarchische structuur is gevoelig voor interne trillingen onder plaatselijke belastingen. Deze trillingen zijn ontworpen om op te treden wanneer een roterend snijgereedschap een keramische bol op zijn pad tegenkomt. Het contact met het keramische segment veroorzaakt een plaatselijke belasting op de rand van een roterende schijf, wat leidt tot hoogfrequente, uit het vlak vallende trillingen.
Bij het snijden met een haakse slijper of boor, maakt de in elkaar grijpende trillingsverbinding die wordt gecreëerd door de keramische bollen in de behuizing de doorslijpschijf of boor bot. De keramiek fragmenteert ook in fijne deeltjes, die de celstructuur van het materiaal vullen en uitharden naarmate de snelheid van het snijgereedschap wordt verhoogd.
Proteus lijkt industriële toepassingen te hebben in het maken van fietssloten, lichtgewicht bepantsering en beschermingsmiddelen voor professionals die met snijgereedschappen werken.
***
Bron:
Szyniszewski, S., Vogel, R., Bittner, F. et al. Niet-snijdbaar materiaal gecreëerd door lokale resonantie- en reksnelheidseffecten. Gepubliceerd: 20 juli 2020. Wetenschappelijke rapporten 10, 11539 (2020). DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-020-65976-0
