Inspirerad av element som finns i naturen, forskare vid University of New Hampshire säger den pusselliknande vågiga strukturen i den känsliga fröskiktet, finns i växter som succulenter och några gräs, kan hålla hemligheten bakom att skapa nya smarta material som är tillräckligt starka för att användas i föremål som kroppspansar, skärmar, och flygplanspaneler.

"Frökappans huvudsakliga funktion är att skydda fröet men det måste också bli mjukt för att fröet ska kunna gro, så den mekaniska egenskapen ändras, "sa Yaning Li, docent i maskinteknik. "Genom att lära av naturen kan det vara möjligt att skräddarsy geometrin och skapa arkitekturen för ett smart material som kan programmeras för att förstärka styrkan och segheten men också vara flexibel och ha många olika tillämpningar."

Byggstenarna i fröskiktet är stjärnformade epidermala celler som rör sig genom zigzag-intercellulära leder för att bilda en kompakt, kaklat utsida som skyddar utsädet från mekaniska skador och andra miljöbelastningar, som torkan, frysning, och bakteriell infektion. För att bättre förstå sambandet mellan de strukturella attributen och funktionerna i fröskiktets unika mikrostruktur, prototyper designades och tillverkades med 3D-utskrift i flera material, och mekaniska experiment och ändliga element -simuleringar utfördes på modellerna.

"Tänk dig ett fönster, eller utsidan av ett flygplan, det är riktigt starkt men inte sprött, "sa Li." Samma koncept kan skapa smart material som kan anpassas för att bete sig annorlunda i olika situationer, oavsett om det är en mer flexibel kroppsrustning som fortfarande är skyddande eller annat sådant material. "

Resultaten, publicerad i tidningen Avancerade material , visa att vågigheten hos de mosaikliknande kaklade strukturerna i fröskiktet, kallas sutural tessellationer, spelar en nyckelroll för att bestämma det mekaniska svaret. Rent generellt, wavier det är, ju mer en applicerad last effektivt kan övergå från det mjuka vågiga gränssnittet till den hårda fasen, och därför kan både den totala styrkan och segheten samtidigt ökas.

Forskare säger att de beskrivna designprinciperna visar ett lovande tillvägagångssätt för att öka den mekaniska prestandan hos kaklade kompositer av konstgjorda material. Eftersom prototypernas övergripande mekaniska egenskaper kunde ställas in över ett mycket stort intervall genom att helt enkelt variera vågigheten hos de mosaikliknande strukturerna, de tror att det kan ge en färdplan för utvecklingen av nya funktionellt graderade kompositer som kan användas som skydd, samt energiabsorbering och -förlust. Det finns ett väntande patent som har lämnats in av UNHInnovation, som förespråkar, har hand om, och främjar UNH:s immateriella rättigheter.