A combinação de materiais flexíveis e rígidos conferiu ao bambu uma relação resistência / peso que rivaliza com o aço. A transição gradual de uma substância macia para uma dura permite que a lula mole fatie a presa com uma substância rígida, bicos em forma de tesoura.

Com a ajuda de um novo modelo co-desenvolvido na Universidade de Nebraska-Lincoln, esses dois princípios aprimorados pela evolução poderiam eventualmente permitir que os engenheiros dobrassem ou triplicassem a resistência dos componentes baseados em polímeros.

A seleção natural tem frequentemente favorecido a integração de materiais flexíveis e rígidos porque eles podem ter um melhor desempenho juntos - resistindo a forças maiores, suportando cargas mais pesadas - do que sozinhas. Esses benefícios surgem principalmente quando os materiais podem ocupar o mesmo espaço, como fazem em redes de polímeros interpenetrantes:dois ou mais conjuntos de redes em escala molecular que se entrelaçam sem realmente se conectar.

Mas tirar o máximo proveito dessas redes também significa variar a proporção hard-to-soft no espaço, criando um gradiente. Considerando que uma proporção de 70-30 pode funcionar melhor em um local, 50-50 ou 30-70 podem ser ideais em outro.

Então Nebraska, Pesquisadores franceses e chineses refinaram um modelo que pode mapear um gradiente ideal em uma estrutura enquanto calculam o quanto esse gradiente melhora o desempenho da estrutura.

"Normalmente, quando você mistura as coisas, eles se separam, "disse o co-criador modelo Mehrdad Negahban, professor de engenharia mecânica e de materiais em Nebraska. "Você pode pensar nisso como uma ilha de um material e um oceano de outro material.

"A ilha e aquele oceano têm uma fronteira, e isso acaba sendo o ponto mais fraco de um material. Portanto, dois materiais irão essencialmente falhar ... onde eles estão conectados. Mas se você os interpenetra, você não tem esses limites fracos. "

A equipe demonstrou seu modelo analisando a resistência à tração - essencialmente uma resistência a ser separada - de uma placa com um pequeno orifício no centro. Primeiro, os pesquisadores mediram a resistência de uma placa feita apenas de epóxi, um polímero rígido mais conhecido como adesivo. Quando seu modelo otimizou um gradiente de epóxi interpenetrado com acrilato - um mais fraco, polímero mais flexível - eles descobriram que a resistência à tração da placa quase triplicou. Da mesma forma, um suporte em forma de L viu sua resistência à tração dobrar depois que o modelo traçou seu gradiente ideal de epóxi-acrilato.

"Mudamos a mistura, mas o peso total é aproximadamente o mesmo, "Negahban disse." Basta colocar as coisas certas no lugar certo, podemos fazer com que funcione muito de repente, muito melhor - isto é, está tendo um desempenho substancialmente melhor do que o componente mais forte.

"Isso pode acontecer em ambos os sentidos. Você pode usar isso para reduzir o peso ou aumentar a capacidade de suporte de carga."

Em um nível fundamental, o modelo da equipe funciona sobrepondo uma estrutura com uma grade de até várias centenas de nós. Em seguida, atribui uma proporção de determinados materiais para cada nó na grade, calcular como o gradiente resultante afeta a resistência geral da estrutura.

"Ele fará isso milhões de vezes até encontrar a (permutação) que pode transportar a maior carga, "Negahban disse.

A partir de agora, Negahban disse, redes de polímeros interpenetrantes são difíceis de fabricar de fato. O surgimento da impressão 3-D sugeriu uma abordagem potencial para a construção de componentes das redes, embora ainda haja trabalho antes que os engenheiros possam facilmente entrelaçar polímeros na escala molecular.

Mas Negahban disse que provavelmente é apenas uma questão de tempo antes que uma técnica surja para tirar o máximo proveito do modelo que ele e seus colegas propuseram.

"As pessoas têm ideias diferentes de como (incorporá-los), "ele disse." Eu acho que isso vai acontecer. "

Negahban e seus colegas detalharam seu modelo no jornal Materiais e Design .