In centinaia di milioni di anni di evoluzione, la natura ha prodotto una miriade di materiali biologici che fungono da scheletri o da armi difensive o offensive. Sebbene questi materiali strutturali naturali siano derivati ​​da componenti naturali relativamente sterili, come minerali fragili e biopolimeri duttili, spesso esibiscono proprietà meccaniche straordinarie grazie alle loro strutture gerarchiche altamente ordinate e al sofisticato design dell'interfaccia. Perciò, sono sempre un argomento di ricerca per gli scienziati che mirano a creare materiali strutturali artificiali avanzati.

Attraverso l'osservazione microstrutturale, i ricercatori hanno determinato che molti materiali biologici, comprese le squame di pesce, chele e ossa di granchio, tutti hanno una caratteristica struttura a "compensato ritorto" che consiste in una disposizione altamente ordinata di lamelle di fibra micro/nanoscala. Sono compositi rinforzati con fibre naturali strutturalmente sofisticati e spesso mostrano un'eccellente tolleranza ai danni che è desiderabile per l'ingegneria dei materiali strutturali, ma difficile da ottenere. Perciò, i ricercatori stanno cercando di imitare questo tipo di struttura gerarchica naturale e design dell'interfaccia utilizzando fibre sintetiche artificiali e abbondanti micro/nanoscala unidimensionali come elementi costitutivi. In questo modo, sperano di produrre materiali strutturali artificiali ad alte prestazioni superiori ai materiali esistenti. Però, a causa della mancanza di tecnologia di assemblaggio su micro/nanoscala, in particolare la mancanza di mezzi per integrare in modo efficiente unità strutturali micro/nanoscala unidimensionali in forma macroscopica di massa, imitare i compositi rinforzati con fibre naturali è sempre stata una grande sfida.

Recentemente, ispirato alla struttura in multistrato ritorto micro/nanoscala dell'armatura in scala giga naturale Arapaima (a-d), il gruppo di ricerca biomimetico guidato dal professor Shu-Hong Yu dell'Università di Scienza e Tecnologia della Cina (USTC) ha proposto un sistema ad alta efficienza, strategia di assemblaggio bottom-up 'brushing-and-laminating' (e-f) con le micro/nanofibre biocompatibili come unità strutturali, e ha fabbricato con successo materiali strutturali di compensato ritorto biomimetico sfuso tridimensionale (g). Attraverso il controllo gerarchico dell'allineamento delle fibre nella matrice del biopolimero, le proprietà meccaniche dei materiali risultanti possono essere modulate con precisione. Hanno scoperto che i materiali artificiali ottenuti replicano da vicino i meccanismi strutturali e di indurimento multiscala delle loro controparti naturali, realizzare eccellenti proprietà meccaniche ben oltre i componenti strutturali fondamentali; sono paragonabili a quelli dell'osso naturale e di molti altri materiali naturali e artificiali. Ma ancora più importante, la strategia di assemblaggio proposta è ecologica, programmato e scalabile, e può essere facilmente esteso ad altri sistemi di materiali. Perciò, fornisce un nuovo spazio tecnologico per la progettazione di materiali strutturali rinforzati con fibre biomimetiche più avanzati (in particolare i materiali di protezione delle armature).