Materiali compositi avanzati ad alte prestazioni che integrano elevata rigidità, resistenza ed eccellenti prestazioni di smorzamento sono richiesti urgentemente nel settore aerospaziale, energia, trasporto ad alta velocità e altri campi. Però, è difficile per i materiali di smorzamento tradizionali eccellere sia nelle prestazioni di smorzamento che nelle proprietà meccaniche statiche. In contrasto, i materiali biologici in natura raggiungono la coesistenza di proprietà statiche e di smorzamento superiori attraverso un sofisticato design della microstruttura. Per esempio, tassellature di sutura di diverse scale di lunghezza si trovano ampiamente in materiali biologici come crani di animali, becchi di picchio, gusci di tartaruga, semi di portulaca, eccetera.

Recentemente, il gruppo di ricerca del Professor Wei Xiaoding nel Dipartimento di Scienze della Meccanica e dell'Ingegneria ha pubblicato i propri studi teorici sull'effetto della struttura della sutura sulla dissipazione di energia dei biocompositi nel Journal of the Mechanics and Physics of Solids . Il loro lavoro stabilisce la relazione tra la geometria della sutura e le prestazioni di smorzamento. Mostra come i biomateriali in natura assemblano delicatamente le unità portanti strutturali attraverso le interfacce suturali per realizzare l'ottimizzazione simultanea di un'eccellente capacità di carico e prestazioni di dissipazione dell'energia dinamica. La teoria può spiegare come diversi materiali biologici hanno evoluto angoli di sutura e ampiezze di diverse scale durante il lungo processo evolutivo (Figura 1).

Il team ha ulteriormente sintetizzato un composito bioispirato con interfacce suturali attraverso una stampante 3D multi-materiale. Gli esperimenti dimostrano che il design bioispirato raggiunge prestazioni di smorzamento eccezionali pur avendo un'eccellente capacità di carico. Il risultato di questo studio può fornire una guida preziosa per la progettazione e la produzione di una nuova generazione di materiali compositi strutturali avanzati con eccezionali proprietà meccaniche statiche e dinamiche.