Ispirato da elementi che si trovano in natura, ricercatori dell'Università del New Hampshire affermano che la struttura ondulata simile a un puzzle del delicato tegumento, trovato in piante come piante grasse e alcune erbe, potrebbe contenere il segreto per creare nuovi materiali intelligenti abbastanza resistenti da essere utilizzati in oggetti come armature, schermi, e pannelli di aeroplani.

"La funzione principale del tegumento è proteggere il seme, ma deve anche diventare morbido per consentire al seme di germinare, quindi la proprietà meccanica cambia, " ha detto Yaning Li, professore associato di ingegneria meccanica. "Imparando dalla natura potrebbe essere possibile personalizzare la geometria e creare l'architettura per un materiale intelligente che può essere programmato per amplificare la forza e la tenacità, ma anche essere flessibile e avere molte applicazioni diverse".

Gli elementi costitutivi del tegumento sono cellule epidermiche a forma di stella che si muovono a zig-zag per giunzioni intercellulari per formare un compatto, esterno piastrellato che protegge il seme all'interno da danni meccanici e altri stress ambientali, come la siccità, congelamento, e infezione batterica. Per comprendere meglio la relazione tra gli attributi strutturali e le funzioni della microstruttura unica del tegumento, i prototipi sono stati progettati e fabbricati utilizzando la stampa 3D multimateriale, e sui modelli sono stati eseguiti esperimenti meccanici e simulazioni agli elementi finiti.

"Immagina una finestra, o l'esterno di un aereo, che è veramente forte ma non fragile, " ha detto Li. "Lo stesso concetto potrebbe creare materiale intelligente che potrebbe essere adattato per comportarsi in modo diverso in diverse situazioni, sia che si tratti di un'armatura più flessibile che è ancora protettiva o di altri materiali simili".

I risultati, pubblicato sulla rivista Materiale avanzato , mostrano che l'ondulazione delle strutture piastrellate a mosaico del tegumento, chiamate tassellazioni suturali, gioca un ruolo chiave nel determinare la risposta meccanica. In genere, più è ondulato, più un carico applicato può transitare efficacemente dall'interfaccia ondulata morbida alla fase dura, e quindi sia la resistenza complessiva che la tenacità possono essere aumentate contemporaneamente.

I ricercatori affermano che i principi di progettazione descritti mostrano un approccio promettente per aumentare le prestazioni meccaniche dei compositi piastrellati di materiali artificiali. Poiché le proprietà meccaniche complessive dei prototipi potevano essere regolate su un intervallo molto ampio semplicemente variando l'ondulazione delle strutture a mosaico, credono che possa fornire una tabella di marcia per lo sviluppo di nuovi compositi funzionalmente classificati che potrebbero essere utilizzati nella protezione, così come l'assorbimento e la dissipazione di energia. C'è un brevetto in sospeso che è stato depositato da UNHInnovation, che sostiene, gestisce, e promuove la proprietà intellettuale dell'UNH.