La combinazione di materiali flessibili e rigidi ha conferito al bambù un rapporto resistenza-peso che rivaleggia con l'acciaio. Il passaggio graduale da una sostanza morbida a una dura consente al calamaro morbido di affettare la preda con becchi a forbice.

Con l'aiuto di un nuovo modello co-sviluppato presso l'Università del Nebraska-Lincoln, questi due principi perfezionati dall'evoluzione potrebbero eventualmente consentire agli ingegneri di raddoppiare o triplicare la forza dei componenti a base di polimeri.

La selezione naturale ha spesso favorito l'integrazione di materiali flessibili e rigidi perché possono funzionare meglio insieme - resistendo a forze maggiori, sostenere carichi più pesanti – di quanto non facciano da soli. Questi vantaggi emergono soprattutto quando i materiali possono occupare lo stesso spazio, come fanno nelle reti polimeriche compenetranti:due o più insiemi di reti su scala molecolare che si intrecciano l'una con l'altra senza realmente connettersi.

Ma sfruttare al meglio queste reti significa anche variare il rapporto hard-to-soft nello spazio, creando un gradiente. Considerando che un rapporto 70-30 potrebbe funzionare meglio in una posizione, 50-50 o 30-70 potrebbero essere l'ideale in un altro.

Quindi Nebraska, Ricercatori francesi e cinesi hanno perfezionato un modello in grado di mappare un gradiente ottimale su una struttura calcolando quanto quel gradiente migliora le prestazioni della struttura.

"Normalmente, quando mescoli le cose, si separano, " ha detto il co-creatore del modello Mehrdad Negahban, professore di ingegneria meccanica e dei materiali al Nebraska. "Puoi immaginarlo come un'isola di un materiale e un oceano di un altro materiale.

"L'isola e quell'oceano hanno un confine, e questo risulta essere il punto più debole di un materiale. Quindi due materiali essenzialmente falliranno... dove sono collegati. Ma se li compenetrate, non hai questi confini deboli."

Il team ha dimostrato il suo modello analizzando la resistenza alla trazione, essenzialmente una resistenza allo strappo, di una piastra con un piccolo foro al centro. Per prima cosa i ricercatori hanno misurato la resistenza di una piastra realizzata solo con resina epossidica, un polimero rigido meglio conosciuto come adesivo. Quando il loro modello ha ottimizzato un gradiente di resina epossidica compenetrata con acrilato, un più debole, polimero più flessibile:hanno scoperto che la resistenza alla trazione della piastra è quasi triplicata. Allo stesso modo, una staffa a forma di L ha visto raddoppiare la sua resistenza alla trazione dopo che il modello ha tracciato il suo gradiente ottimale di epossi-acrilato.

"Cambiamo la miscela, ma il peso totale è approssimativamente lo stesso, " Ha detto Negahban. "Solo mettendo le cose giuste al posto giusto, possiamo farlo funzionare improvvisamente molto, molto meglio, cioè sta funzionando sostanzialmente meglio del componente più forte.

"Questo potrebbe andare in entrambe le direzioni. Potresti usarlo per ridurre il peso o aumentare la capacità di carico".

A livello fondamentale, il modello del team funziona sovrapponendo una struttura con una griglia fino a diverse centinaia di nodi. Quindi assegna un rapporto di materiali dati a ciascun nodo nella griglia, calcolare come il gradiente risultante influisce sulla resistenza complessiva della struttura.

"Lo farà milioni di volte finché non troverà la (permutazione) che può portare il carico più alto, "Ha detto Negahban.

Al momento, Negahban ha detto, reti polimeriche compenetranti sono difficili da fabbricare effettivamente. L'emergere della stampa 3D ha suggerito un potenziale approccio per la costruzione di componenti dalle reti, anche se il lavoro rimane prima che gli ingegneri possano facilmente intrecciare i polimeri su scala molecolare.

Ma Negahban ha detto che è probabilmente solo una questione di tempo prima che emerga una tecnica per sfruttare appieno il modello che lui e i suoi colleghi hanno presentato.

"Le persone hanno idee diverse su come (incorporarle), " ha detto. "Penso che accadrà."

Negahban e i suoi colleghi hanno dettagliato il loro modello nel diario Materiali e design .