Ao longo de centenas de milhões de anos de evolução, a natureza produziu uma miríade de materiais biológicos que servem como esqueletos ou como armas defensivas ou ofensivas. Embora esses materiais estruturais naturais sejam derivados de componentes naturais relativamente estéreis, tais como minerais frágeis e biopolímeros dúcteis, eles freqüentemente exibem propriedades mecânicas extraordinárias devido às suas estruturas hierárquicas altamente ordenadas e design de interface sofisticado. Portanto, eles são sempre um assunto de pesquisa para cientistas que desejam criar materiais estruturais artificiais avançados.

Por meio da observação microestrutural, pesquisadores determinaram que muitos materiais biológicos, incluindo escamas de peixe, garras e ossos de caranguejo, todos têm uma estrutura característica de "compensado torcido" que consiste em um arranjo altamente ordenado de lamelas de fibra em micro / nanoescala. Eles são compostos reforçados com fibra natural estruturalmente sofisticados e muitas vezes exibem excelente tolerância a danos que é desejável para materiais estruturais de engenharia, mas difícil de obter. Portanto, os pesquisadores estão tentando imitar esse tipo de estrutura hierárquica natural e design interfacial usando fibras sintéticas artificiais e abundantes em micro / nanoescala unidimensionais como blocos de construção. Desta maneira, eles esperam produzir materiais estruturais artificiais de alto desempenho superiores aos materiais existentes. Contudo, devido à falta de tecnologia de montagem em micro / nanoescala, especialmente a falta de meios para integrar com eficiência unidades estruturais micro / nanoescala unidimensionais na forma macroscópica em massa, imitar compósitos reforçados com fibras naturais sempre foi um grande desafio.

Recentemente, inspirado na estrutura de madeira compensada torcida em micro / nanoescala da armadura de escala natural Arapaima giga (a-d), a equipe de pesquisa biomimética liderada pelo professor Shu-Hong Yu da Universidade de Ciência e Tecnologia da China (USTC) propôs uma alta eficiência, estratégia de montagem de 'escovar e laminar' de baixo para cima (e-f) com as micro / nanofibras biocompatíveis como unidades estruturais, e fabricou com sucesso materiais estruturais tridimensionais de madeira compensada torcida biomimética a granel (g). Através do controle hierárquico do alinhamento da fibra na matriz do biopolímero, as propriedades mecânicas dos materiais resultantes podem ser moduladas com precisão. Eles descobriram que os materiais artificiais obtidos reproduzem de perto os mecanismos multiescala estruturais e de endurecimento de suas contrapartes naturais, realizando excelentes propriedades mecânicas muito além dos componentes estruturais fundamentais; eles são comparáveis ​​aos de osso natural e muitos outros materiais naturais e artificiais. Mais importante, a estratégia de montagem proposta é ecológica, programado e escalonável, e pode ser facilmente estendido a outros sistemas de materiais. Portanto, ele fornece um novo espaço tecnológico para projetar materiais estruturais reforçados com fibra biomimética mais avançados (especialmente materiais de proteção de armadura).