Det som inte dödar oss gör oss starkare, enligt filosofen Friedrich Nietzsche. Vem kunde ha trott att en liknande uppfattning kan gälla material?

"Anledningen till att betong är så stark är för att den är så svag, säger professor Alex Hansen, chef för PoreLab, ett spetsforskningscenter för framstående forskning vid Norges teknisk-naturvetenskapliga universitet (NTNU) och universitetet i Oslo (UiO).

Forskare vid PoreLab arbetar mest med porösa material som betong, och i deras värld, sånt här kan hända. Bland annat, forskarna funderar på vad som händer i material som utsätts för stress, och några av deras upptäckter är lite oväntade.

Varför, till exempel, fungerar konkret på detta sätt? Betong ser kompakt ut, men det är faktiskt fullt av små hål. Dessa hål gör materialet starkare. Professor Hansen börjar med grunderna:

"När du får en spricka i bilens vindruta, du kan stoppa den sprickan från att spridas genom att borra ett hål i den, " säger han. En obehandlad spricka har en hög kraftkoncentration i spetsen av sprickan. Om du borrar ett hål vid denna punkt, kraften sprids istället runt hålet och minskar trycket på glaset.

Något liknande förekommer i den porösa betongen. Om det finns en spricka i betongen, kraften fördelas över hela materialet på grund av alla hål. Människor har känt till dessa kraftmekanismer åtminstone sedan medeltiden. Byggarna av fästningen Kristiansten i Trondheim på 1600-talet lade in rester av döda djur i materialet. När djuren ruttnade och släppte ut gaser, de gjorde materialet poröst och därmed starkare.

Men detta förklarar inte varför material kan bli ännu starkare under belastning. Idén flyger emot intuitionen – borde inte materialet bli svagare istället? Vad pågår?

Doktoranden Jonas Tøgersen Kjellstadli från NTNU:s institution för fysik kan förklara processen. Han har samarbetat med Hansen, forskare Srutarshi Pradhan och Ph.D. kandidat Eivind Bering — också han från samma institution — i att studera fenomenet. "De starka delarna av materialet omger de svaga delarna och skyddar dem, säger Kjellstadli.

Ett material som betong är inte lika starkt överallt, även om det kan se ut så. Ett till synes enhetligt material har svaga och starka zoner. Dessa zoner är slumpmässigt utspridda i den.

I de datormodeller som Kjellstadli använder, de starka zonerna är utspridda i materialet. De skyddar de svaga zonerna när fibrerna utsätts för stressfaktorer. Detta sker i så stark grad att materialet stabiliseras och blir mindre känsligt för sådana påfrestningar.

Denna effekt gäller endast där de starka och svaga zonerna är ojämnt fördelade i materialet. Och det gäller bara upp till en viss tröskel. Materialet stressas hela tiden till någon eller annan maximal tröskel, där kraften från en spänning inte längre kan absorberas. Förr eller senare, materialet kommer då att misslyckas katastrofalt och plötsligt.

Forskarna föreställer sig möjliga tillämpningar, också. Tänk om du kunde använda denna grundläggande kunskap för att förutsäga när ett material kommer att misslyckas? När blir stressen äntligen för mycket? "Vi använder samma datormodeller som när vi observerar att material stärks av spänningsbelastningen, säger Hansen.

Till det, de lägger till praktiska experiment, fortsätter tills spänningsbelastningen blir för stor för materialet.

Hansen har varit intresserad av detta ämne sedan 2000, när han hörde om gruvor i Sydafrika som plötsligt skulle kollapsa. Att förstå samma principer skulle en dag kunna användas som ett hjälpmedel under tunnelbyggen, eller för att förutsäga jordbävningar. Dessa idéer är fortfarande spekulativa, och deras tillämpningar ligger i en något avlägsen framtid. Men forskarnas ambitioner är höga.

"Vi jobbar på att ta fram en generell modell för när katastrofala misslyckanden inträffar, säger Hansen.

Om detta mål ens är möjligt, de vet inte ännu – men det är precis den sortens högriskforskning som PoreLab har anklagats för att utföra. De potentiella vinsterna är enorma om de lyckas.

"I våra datormodeller, vi observerar att materialets elastiska energi når en topp precis innan det misslyckas, " säger PoreLab-forskaren Pradhan. Han har arbetat specifikt med att förutsäga när ett material kommer att spricka ända sedan han började studera under professor Bikas K. Chakrabarti vid Saha Institute of Nuclear Physics i Kolkata, Indien år 2000. "Vi tror att detta har potential att expandera till verkliga situationer, " säger Pradhan.

Kanske är deras mål trots allt inte omöjligt.