Gli ingegneri si sono ispirati a conchiglie e pompelmi per creare quello che dicono sia il primo materiale non tagliabile fabbricato.

Questo nuovo materiale, che potrebbero essere utilizzati nei settori della sicurezza e della salute e della sicurezza, può riportare su se stesso la forza di un utensile da taglio.

Il materiale leggero, chiamato Proteus dopo il mitico dio che cambia forma, è costituito da sfere di ceramica racchiuse in una struttura cellulare in alluminio che nei test non potrebbe essere tagliata da smerigliatrici angolari, trapani o getti d'acqua ad alta pressione.

Un gruppo di ricerca internazionale, guidato dalla Durham University, UK, e Fraunhofer Institute for Machine Tools and Forming Technology IWU a Chemnitz in Germania, ha avuto l'idea per il nuovo materiale dalla dura pelle cellulare del pompelmo e dai gusci resistenti alla frattura dei molluschi.

Le creature marine abalone sono costruite con piastrelle interconnesse con un materiale biopolimero che le rende resistenti alle fratture. Per resistere agli strumenti di entrata forzata più violenti, materiali organici come le piastrelle di aragonite, che si trovano nelle conchiglie dei molluschi, sono stati sostituiti nel nuovo materiale con prodotti industriali, ceramica di allumina e un alluminio, matrice di schiuma metallica.

Il nuovo materiale è forte, leggero e non tagliabile. I ricercatori dicono, potrebbe essere utilizzato per realizzare lucchetti per biciclette, armature leggere e nei dispositivi di protezione per le persone che lavorano con utensili da taglio.

I risultati sono pubblicati sulla rivista Rapporti scientifici .Il nuovo sistema di materiali è dinamico con una struttura interna in evoluzione che crea un movimento ad alta velocità in cui interagisce con gli utensili da taglio. La risposta dinamica è più simile alle strutture viventi.

Il materiale è costituito da una struttura cellulare in alluminio avvolta attorno a sfere di ceramica e questo ha un effetto doppiamente distruttivo sugli utensili da taglio. Quando si taglia con una smerigliatrice angolare o un trapano, le vibrazioni create dalle sfere di ceramica all'interno dell'involucro smussano il disco da taglio o la punta del trapano.

L'interazione tra il disco e la sfera ceramica crea un incastro, connessione vibrazionale che resiste all'utensile da taglio indefinitamente.

La lama viene gradualmente erosa, e alla fine resi inefficaci quando la forza e l'energia del disco o del trapano vengono girate su se stesso, ed è indebolito e distrutto dal suo stesso attacco.

Inoltre, la ceramica si frammenta in finissime particelle, che riempiono la struttura cellulare del materiale e si induriscono all'aumentare della velocità dell'utensile da taglio a causa delle forze interatomiche tra i grani ceramici. In questo modo la natura adattiva del materiale respinge ulteriormente ogni attacco.

Anche i getti d'acqua si sono rivelati inefficaci perché le superfici curve delle sfere di ceramica allargano il getto, che riduce sostanzialmente la sua velocità e indebolisce la sua capacità di taglio.

L'autore principale Dr. Stefan Szyniszewski, Professore Associato di Meccanica Applicata, presso il Dipartimento di Ingegneria, Università di Durham, ha dichiarato:"Siamo rimasti incuriositi da come la struttura cellulare del pompelmo e la struttura piastrellata dei gusci dei molluschi possano prevenire danni al frutto o alle creature all'interno, nonostante sia costituito da blocchi organici relativamente deboli.

"Queste strutture naturali hanno informato il principio di funzionamento del nostro materiale metallo-ceramico, che si basa sull'interazione dinamica con il carico applicato, in contrasto con la resistenza passiva.

"Essenzialmente tagliare il nostro materiale è come tagliare una gelatina piena di pepite. Se passi attraverso la gelatina, colpisci le pepite e il materiale vibrerà in modo tale da distruggere il disco da taglio o la punta del trapano.

"Le ceramiche incorporate in questo materiale flessibile sono anche fatte di particelle molto fini che si irrigidiscono e resistono alla smerigliatrice angolare o al trapano quando si taglia a velocità nello stesso modo in cui un sacchetto di sabbia resisterebbe e fermerebbe un proiettile ad alta velocità.

"Questo materiale potrebbe avere molte applicazioni utili ed entusiasmanti nei settori della sicurezza e della sicurezza. Infatti, non siamo a conoscenza di nessun altro materiale prodotto non tagliabile esistente al momento."

La coautrice dello studio, la dott.ssa Miranda Anderson, Dipartimento di Filosofia, L'Università di Stirling ha dichiarato:"Poiché la resistenza di successo del nostro sistema materiale richiede che subisca trasformazioni interne, abbiamo scelto il nome Proteus.

"Nel 1605, Francis Bacon ha paragonato i materiali naturali a Proteus che "ha mai cambiato forma" e ha sostenuto che attraverso la sperimentazione possiamo rivelare le qualità metamorfiche dei materiali".

Il Dr. Szyniszewski ha aggiunto:"Questo è ciò che abbiamo ottenuto con questo nuovo materiale e siamo entusiasti del suo potenziale".

I ricercatori hanno un brevetto in sospeso per la loro tecnologia dei materiali e sperano di lavorare con partner industriali in modo che possa essere sviluppata in prodotti per il mercato.