Scienziati cinesi che lavorano con altri ricercatori hanno scoperto per la prima volta i meccanismi alla base della struttura gerarchica dei fanoni di balena, con un occhio allo sviluppo di materiali ingegnerizzati avanzati. In una recente pubblicazione, Il dottor Bin Wang degli Istituti di tecnologia avanzata di Shenzhen dell'Accademia cinese delle scienze e collaboratori americani hanno rivelato come i meccanismi sottostanti della struttura gerarchica dei fanoni contribuiscono al suo comportamento di frattura unico.

L'oceano possiede una cornucopia di organismi che prosperano grazie a strategie ingegnose, fornendo così una ricchezza di ispirazione per l'innovazione. I balenotteri sono particolarmente notevoli per le molte importanti proprietà dei loro caratteristici fanoni, l'apparato filtratore all'interno della cavità orale dei misticeti (balene). È costituito da una serie di placche parallele sospese dal palato su entrambi i lati della bocca ed è il materiale più mineralizzato delle cheratine. Baleen consente un'alimentazione efficiente di grandi quantità di piccolo zooplancton. Questo meccanismo di filtraggio ha permesso ai misticeti di evolversi nelle più grandi creature viventi sulla terra.

Prendendo il posto dei denti, baleen resiste a una vita di forze generate dal flusso d'acqua e preda senza fratturarsi. Infatti, resistenza alla frattura, che misura l'integrità strutturale per un funzionamento affidabile, è una proprietà materiale cruciale per i fanoni e per i materiali utilizzati nelle applicazioni marine. Sebbene raramente studiato, è noto da tempo che i fanoni sono sia forti che flessibili. Era un materiale popolare utilizzato nei corsetti dall'XI al XX secolo ed è stato utilizzato nei cesti dei nativi dell'Alaska.

La ricerca del Prof. Wang e colleghi mostra che la struttura su scala nanometrica dei filamenti intermedi dei fanoni e dei cristalli minerali, che sono incorporati in una matrice amorfa, ne aumenta la rigidità e la resistenza. Per di più, le lamelle tubolari a microscala controllano la direzione di propagazione della cricca in caso di frattura, e fibbia e taglio sotto compressione. Inoltre, la struttura tubolare a sandwich di fanoni aumenta la rigidità e la resistenza alla flessione con un risparmio di peso favorevole.

"Baleen ha una tenacità altamente anisotropa, " ha detto il prof. Meyers. "Nella direzione longitudinale, le crepe si propagano facilmente, portando a delaminazione desiderabile, sfilacciamento, e formazione di setole, necessario per l'azione di filtraggio, mentre in direzione trasversale, la propagazione della cricca è contrastata dalla struttura tubolare, fornendo la necessaria resistenza al flusso d'acqua e all'impatto con la preda."

Esperimenti quasi statici e dinamici, che supportano il comportamento alla frattura anisotropa dei fanoni, ha mostrato una transizione da duttile a fragile, con una velocità di deformazione crescente nella condizione secca ma assente nella condizione idratata.

L'analisi correlata che incorpora l'effetto plastificante dell'acqua e l'irrigidimento della velocità di deformazione ha fornito nuove informazioni sul comportamento dei fanoni sotto fattori concorrenti di idratazione e carico dinamico, che è una considerazione chiave per la progettazione di nuovi materiali di ingegneria per l'ambiente marino.

Il prof. Wang ha detto che è "sorprendente ed eccitante" studiare i fanoni dal punto di vista dell'ingegneria dei materiali. Wang ha sottolineato che le nuove scoperte nella progettazione dei materiali relativi ai fanoni possono aiutare a raggiungere "l'obiettivo finale" dello sviluppo di materiali ingegnerizzati avanzati.