Ingenjörer har hämtat sin inspiration från skal och grapefrukt för att skapa vad de säger är det första tillverkade icke-skärbara materialet.

Detta nya material, som kan användas inom säkerhets- och hälso- och säkerhetsindustrin, kan vända tillbaka kraften från ett skärverktyg på sig själv.

Det lätta materialet – döpt till Proteus efter den formskiftande mytiska guden – är tillverkat av keramiska sfärer inkapslade i en cellulär aluminiumstruktur som i tester inte kunde skäras med vinkelslipar, borrar eller högtrycksvattenstrålar.

Ett internationellt forskargrupp, ledd av Durham University, STORBRITANNIEN, och Fraunhofer Institute for Machine Tools and Forming Technology IWU i Chemnitz i Tyskland, fick idén till det nya materialet från grapefruktens tuffa cellulära skal och de frakturresistenta skalen på blötdjur.

Abalone havsdjur är byggda av plattor sammanlänkade med ett biopolymermaterial som gör dem motståndskraftiga mot sprickor. För att motstå de mest våldsamma verktygen för tvångsinträde, organiska material som aragonitplattor – som finns i blötdjursskal – ersattes i det nya materialet med industriella, aluminiumoxid keramik och en aluminium, metallisk skummatris.

Det nya materialet är starkt, lätt och ej skärbar. Forskarna säger, den kan användas för att göra cykellås, lättviktsrustning och i skyddsutrustning för personer som arbetar med skärande verktyg.

Resultaten publiceras i tidskriften Vetenskapliga rapporter .Det nya materialsystemet är dynamiskt med en utvecklande intern struktur som skapar höghastighetsrörelse där det interagerar med skärverktygen. Den dynamiska responsen är mer besläktad med levande strukturer.

Materialet är tillverkat av en cellulär aluminiumstruktur lindad runt keramiska sfärer och detta har en dubbelt destruktiv effekt på skärverktyg. Vid skärning med en vinkelslip eller borr, vibrationerna som skapas av de keramiska sfärerna inuti höljet gör skärskivan eller borrkronan trubbig.

Interaktionen mellan skivan och den keramiska sfären skapar en sammanlåsning, vibrationsanslutning som motstår skärverktyget på obestämd tid.

Bladet eroderas gradvis, och så småningom blir ineffektiva när kraften och energin på skivan eller borrmaskinen vänds tillbaka mot sig själv, och den försvagas och förstörs av sin egen attack.

Dessutom, keramikfragmentet till fina partiklar, som fyller materialets cellstruktur och hårdnar när skärverktygets hastighet ökas på grund av interatomiska krafter mellan de keramiska kornen. På detta sätt avvisar materialets adaptiva karaktär ytterligare varje attack.

Vattenstrålar visade sig också vara ineffektiva eftersom de krökta ytorna på de keramiska sfärerna vidgar strålen, vilket avsevärt minskar dess hastighet och försvagar dess skärkapacitet.

Huvudförfattare Dr Stefan Szyniszewski, Docent i tillämpad mekanik, på Institutionen för teknik, Durham University, sa:"Vi var fascinerade av hur cellstrukturen hos grapefrukten och den kaklade strukturen hos blötdjursskal kan förhindra skador på frukten eller varelserna inuti, trots att de är gjorda av relativt svaga organiska byggstenar.

"Dessa naturliga strukturer informerade om arbetsprincipen för vårt metalliskt-keramiska material, som är baserad på dynamisk interaktion med den applicerade belastningen, i motsats till passivt motstånd.

"Att skära vårt material är i princip som att skära igenom en gelé fylld med nuggets. Om du kommer igenom gelén träffar du nuggets och materialet vibrerar på ett sådant sätt att det förstör skärskivan eller borrkronan.

"Keramiken som är inbäddad i detta flexibla material är också gjord av mycket fina partiklar som styvar och motstår vinkelslipen eller borren när du skär i hastighet på samma sätt som en sandsäck skulle motstå och stoppa en kula i hög hastighet.

"Detta material kan ha många användbara och spännande applikationer inom säkerhets- och säkerhetsindustrin. Faktum är att vi känner inte till något annat tillverkat icke skärbart material som existerar för närvarande."

Studiens medförfattare Dr Miranda Anderson, Institutionen för filosofi, University of Stirling sa:"Eftersom vårt materialsystems framgångsrika motstånd kräver att det genomgår interna transformationer, vi valde namnet Proteus.

"År 1605, Francis Bacon jämförde naturmaterial med Proteus som "någonsin ändrat form" och han hävdade att vi genom experiment kan avslöja materialens metamorfa kvaliteter. "

Dr Szyniszewski tillade:"Detta är vad vi har uppnått med detta nya material och vi är glada över dess potential."

Forskarna har patentsökt på sin materialteknologi och de hoppas kunna arbeta med industripartners så att den kan utvecklas till produkter för marknaden.