Nell'edizione di questo mese di Mondo della fisica , un gruppo di fisici descrive come strutture uniche nel mondo naturale stiano ispirando gli scienziati a sviluppare nuovi tipi di materiali con proprietà senza precedenti.

Dal nastro adesivo ispirato alle dita dei gechi a un potenziale rivestimento resistente ai difetti di aeroplani ispirato alla madreperla, l'attrattiva è incentrata su un concetto:il design gerarchico.

Quando i materiali hanno un design gerarchico, la struttura complessiva è composta da livelli molto più piccoli, o generazioni, di strutture che una volta messe insieme esibiscono proprietà straordinarie.

Per esempio, la capacità dei gechi di camminare su pareti verticali e attraverso i soffitti è dovuta alla disposizione gerarchica di piccole fibre sulle dita dei piedi. Ogni dito ha un cuscinetto con fibre pelose che sporgono da esso che si dividono ripetutamente in peli sempre più fini con dimensioni fino alla nanoscala.

Questa scissione ripetuta aumenta considerevolmente la superficie delle dita dei piedi e aiuta a fissare la punta del geco a una superficie.

Prima che queste strutture naturali fossero scoperte, però, gli architetti usavano questo approccio gerarchico per progettare alcuni degli edifici e delle strutture più famosi che sono ancora in piedi oggi.

Forse l'esempio più famoso è la Torre Eiffel, che è prevalentemente costituito da travi piccole che si combinano per formare travi più grandi, che si combinano nuovamente per creare travi ancora più grandi, e così via per un totale di tre generazioni strutturali.

La Torre Eiffel è stata costruita per l'Esposizione Universale del 1889 e i piani di progettazione di Gustav Eiffel significavano che quando si è arrivati ​​alla costruzione, i materiali sono stati usati con parsimonia. Infatti, se dovessi fondere l'intero ferro della torre in un blocco solido con un'area di base uguale a quella della torre, il blocco starebbe solo a 6 cm dal suolo.

Più di 100 anni dopo, scienziati e ingegneri stanno ora cercando il modo più efficiente di utilizzare questo approccio gerarchico per creare materiali esotici artificiali chiamati metamateriali.

In questo articolo, Daniel Rayneau-Kirkope, dell'Università Aalto, Yong Mao, dell'Università di Nottingham, e Robert Farr, del London Institute of Mathematical Sciences, spiegare come questi tipi di strutture possono essere ottimizzati comprendendo la precisa relazione tra struttura e funzione.

Le tecnologie necessarie per realizzare questi progetti complessi stanno progredendo rapidamente. Alcuni ricercatori stanno cercando di sviluppare un processo su scala industriale per costruire materiali che imitano la madreperla, detta anche madreperla.

La madreperla è un materiale incredibilmente resistente che viene prodotto da alcuni molluschi come conchiglia interna; costituisce anche il rivestimento esterno delle perle ed ha una resistenza alla frattura 3000 volte maggiore dei cristalli.

"Partendo da materiali che la natura non utilizza per scopi strutturali, c'è la possibilità che le proprietà vantaggiose della madreperla e di altri esempi di design gerarchico naturale possano persino essere superate dai compositi artificiali, " scrivono i ricercatori.