Motivo segmentale ispirato alla struttura dell'esoscheletro degli artropodi. Credito:Comunicazioni sulla natura (2022). DOI:10.1038/s41467-022-28991-5
I ricercatori della Monash University hanno scoperto un nuovo motivo di design derivato dalla rigida copertura esterna degli invertebrati che può aiutare a creare materiali più resistenti ai danni per l'edilizia e la costruzione future.
In un articolo pubblicato su Nature Communications , il professor Wenhui Duan del Dipartimento di ingegneria civile della Monash University afferma che il nuovo modello, che si aggiunge agli otto modelli di progettazione strutturale biologica noti e comuni, può aggiungere un motivo ad alta resistenza ai materiali da costruzione comunemente usati come compositi e cemento e può aiutare ridurre le emissioni di carbonio.
L'industria del cemento è uno dei maggiori produttori di anidride carbonica, creando fino all'8% delle emissioni antropiche mondiali di questo gas; questa scoperta aiuterà a ridurre l'uso del cemento migliorando la tolleranza al danno del materiale.
Il team di ricerca ha replicato il motivo del design in materiale cementizio, uno dei materiali da costruzione più consumati al mondo. Hanno adottato una tecnica di stampa 3D combinata con la nanotecnologia e l'intelligenza artificiale per fabbricare un composito di cemento leggero che ha adottato questo motivo di design segmentale, dimostrando una capacità di carico superiore e un modello di cedimento progressivo unico.
"Abbiamo dimostrato l'applicazione di questo motivo di design nella produzione di un materiale cementizio leggero ad alta resistenza e resistente ai danni. Inoltre, questo motivo di design può essere applicato anche a vari materiali come ceramica, vetro, materiali polimerici e metallici per la progettazione di materiali avanzati, energia stoccaggio/conversione e strutture architettoniche, in collaborazione con i team dell'Università del Queensland e dell'Università di Manchester", afferma il professor Duan.
Dalla scoperta nel 1972 della struttura elicoidale, uno dei modelli strutturali più comuni in biologia, c'è stata una spinta a estrarre motivi di design da oltre 7 milioni di specie viventi nel mondo per aiutare la fabbricazione di materiali strutturati/strutturali.
Dopo quasi 50 anni di ricerca, sono state confermate notevoli ripetizioni nella maggior parte delle classi di specie, ma finora solo otto categorie di motivi di design sono state estratte e adottate nel design dei materiali.
La nuova struttura progettuale è stata identificata in varie specie come gli esoscheletri di artropodi, le zampe di mammiferi, anfibi e rettili. Questi motivi di design sono preziose fonti di ispirazione per la progettazione di materiali moderni e aiutano la fabbricazione di materiale strutturale.
"Rispetto all'attuale motivo di design, il nostro motivo di design segmentato dissipa l'energia mediante la rotazione del segmento. La bellezza del motivo di design scoperto è che il materiale può mostrare un comportamento di cedimento progressivo periodico unico. Significa che possiamo contenere il danno all'interno di una particolare regione di materiale, mentre il resto della struttura può ancora mantenere l'integrità e la maggior parte (circa l'80%) della capacità portante." + Esplora ulteriormente
