Fancy Erector Set? No. L'elaborata struttura frattale mostrata a destra (con un primo piano sotto) è molte, molte volte più piccolo di quello e certamente non è un gioco da ragazzi. È l'ultimo esempio di ciò che Julia Greer, professore di scienza dei materiali e meccanica, chiama nanotruss frattale—nano perché le strutture sono costituite da membri sottili quanto cinque nanometri (cinque miliardesimi di metro); truss perché sono strutture architettate con cura che un giorno potrebbero essere utilizzate nei materiali di ingegneria strutturale.

Il gruppo di Greer ha sviluppato un processo in tre fasi per la costruzione di strutture così complesse in modo molto preciso. Usano prima un metodo di scrittura laser diretto chiamato litografia a due fotoni per "scrivere" un modello tridimensionale in un polimero, consentendo a un raggio laser di reticolare e indurire il polimero ovunque sia focalizzato. Alla fine della fase di modellazione, le parti del polimero che sono state esposte al laser rimangono intatte mentre il resto si dissolve, rivelando un'impalcatura tridimensionale. Prossimo, gli scienziati rivestono l'impalcatura polimerica con un continuo, strato molto sottile di un materiale:può essere una ceramica, metallo, vetro metallico, semiconduttore, "quasi qualsiasi cosa, " dice Greer. In questo caso, usavano allumina, o ossido di alluminio, che è una ceramica fragile, per rivestire l'impalcatura. Nella fase finale incidono il polimero dall'interno della struttura, lasciando un'architettura vuota.

Sfruttando alcuni degli effetti dimensionali che molti materiali mostrano su scala nanometrica, questi nanotruss possono avere inusuali, qualità desiderabili. Per esempio, materiali intrinsecamente fragili, come la ceramica, compresa l'allumina mostrata, possono essere resi deformabili in modo che possano essere schiacciati e ancora rimbalzare al loro stato originale senza guasti globali.

"Avere il pieno controllo sull'architettura ci dà la possibilità di adattare le proprietà dei materiali a ciò che era precedentemente irraggiungibile con i materiali monolitici convenzionali o con le schiume, " dice Greer. "Ad esempio, possiamo separare la forza dalla densità e realizzare materiali che sono sia resistenti (e tenaci) che estremamente leggeri. Queste strutture possono contenere quasi il 99% di aria, ma possono anche essere resistenti come l'acciaio. La loro progettazione in frattali ci consente di incorporare il design gerarchico nell'architettura materiale, che promette di avere ulteriori proprietà benefiche».

I membri del gruppo di Greer che hanno contribuito a sviluppare il nuovo processo di fabbricazione e hanno creato questi nanotruss sono gli studenti laureati Lucas Meza e Lauren Montemayor e Nigel Clarke, uno stagista universitario presso l'Università di Waterloo.