Béatrice Garnier Des écailles de pangolin qui peuvent résister aux coups durs aux plumes de paon colorées mais robustes, la nature peut faire beaucoup avec quelques molécules simples.
Dans un nouvel short article de synthèse, une équipe de chercheurs internationaux a expliqué remark les ingénieurs s’inspirent du monde biologique et conçoivent de nouveaux sorts de matériaux potentiellement plus résistants, moreover polyvalents et furthermore durables que ce que les humains peuvent fabriquer eux-mêmes.
“Même aujourd’hui, la nature rend les choses bien plus simples et bien plus intelligentes que ce que nous pouvons faire synthétiquement en laboratoire”, a déclaré Dhriti Nepal, leading auteur et ingénieur de recherche en matériaux au Air Drive Study Laboratory dans l’Ohio.
Le Népal, Vladimir Tsukruk du Ga Institute of Technologies et Hendrik Heinz de l’Université du Colorado à Boulder ont servi d’auteurs co-correspondants pour la nouvelle analyse. L’équipe a publié ses conclusions le 28 novembre dans la revue Nature Supplies.
Les chercheurs, qui viennent de trois pays, se penchent sur la promesse et les défis derrière les “nanocomposites bioinspirés”. Ces matériaux mélangent différents styles de protéines et d’autres molécules à des échelles incroyablement petites pour obtenir des propriétés qui peuvent ne pas être possibles avec les métaux ou les plastiques traditionnels. Les chercheurs les conçoivent souvent à l’aide de simulations ou de modèles informatiques avancés. Les exemples incluent des movies minces qui résistent à l’usure en incorporant des protéines de cocons de vers à soie de nouveaux forms de stratifiés fabriqués à partir de polymères et de matériaux argileux les fibres de carbone produites selon des principes bioinspirés et des vitres qui ne se fissurent pas facilement car or truck elles contiennent de la nacre – la doublure irisée à l’intérieur de nombreuses coquilles de mollusques.
De tels matériaux inspirés de la character pourraient, un jour, conduire à de nouveaux et meilleurs panneaux solaires, des robots mous et même des revêtements pour jets hypersoniques, a déclaré Heinz, professeur de génie chimique et biologique à CU Boulder. Mais d’abord. en s’assurant que chaque molécule est au bon endroit.
“L’un des principaux défis dans ce domaine est de savoir comment structurer ces matériaux jusqu’au niveau atomique”, a déclaré Heinz. “Nous devons savoir comment la mother nature le fait afin de pouvoir l’essayer en laboratoire et utiliser les conseils des modèles informatiques.”
L’incroyable kératine
Dans la nouvelle étude, Nepal, Tsukruk, Heinz et leurs collègues examinent de près la kératine.
Ces protéines simples, qui forment souvent des formes hélicoïdales torsadées comme l’ADN, peuvent s’assembler de différentes manières pour créer une grande variété de buildings – des ongles et des cheveux humains aux piquants de porc-épic, aux cornes de rhinocéros et aux écailles de pangolins qui se chevauchent.
“La kératine est partout. a déclaré le Népal.
C’est l’un des tricks de la mother nature, a-t-elle ajouté. Certaines de ces buildings sont suffisamment grandes pour être vues à l’œil nu, tandis que d’autres sont si petites que les chercheurs ont besoin de microscopes puissants pour les étudier.
La kératine des écailles de pangolin, par exemple, prend un motif ondulé qui rend les écailles difficiles à casser. Les plumes de paon, quant à elles, sont constituées de tiges de mélanine incrustées dans une matrice de kératine, ce qui permet à ces ornements d’être à la fois colorés et rigides – parfaits pour les paons qui souhaitent étendre les plumes de leur queue.
a déclaré le Népal.
Des atomes vers le haut
Cependant, la fabrication de matériaux synthétiques avancés avec de multiples fonctions en laboratoire peut devenir délicate.
“La plupart des matériaux fabriqués par l’homme actuels sont des matériaux simples à un seul composant avec une morphologie et une composition uniformes simplistes”, a déclaré Tsukruk. c’est qu’une organisation beaucoup as well as complexe et long lasting est nécessaire pour fabriquer de nouveaux matériaux bio-inspirés pour des programs avancées dans un avenir proche.”
L’un des moreover grands défis, a déclaré Heinz, se résume aux modèles. Son groupe de recherche utilise ces outils pour simuler de nouveaux forms de matériaux à l’échelle de quelques centaines à des tens of millions d’atomes. Mais prendre ce genre de conceptions minuscules et les mettre à l’échelle jusqu’à la taille de quelque chose que vous pouvez réellement voir devient une tâche de furthermore en in addition difficile.
“De l’échelle des atomes à l’échelle millimétrique ou même centimétrique, il y a tellement de niveaux d’organisation dans les matériaux naturels”, a déclaré Heinz.
Heinz a noté que la NASA a récemment investi dans l’exploration de matériaux d’ingénierie hiérarchique pour les programs aérospatiales – tels que des panneaux de carbone nanostructuré plus solides et additionally légers à utiliser dans les engins spatiaux pour transporter des fournitures de vie vers Mars. Heinz, par exemple, fait partie d’un hard work de 15 tens of millions de pounds financé par la NASA pour étudier ces styles de “composites extremely-résistants”.
Les ingénieurs, a-t-il ajouté, découvrent également de nouvelles façons de fabriquer des nanocomposites en grande quantité dans un environnement de fabrication. Aujourd’hui, les chercheurs utilisent souvent des outils comme les imprimantes 3D pour fabriquer ces matériaux, en les déposant goutte à goutte.
Heinz, Tsukruk, Népal et leurs collègues sont optimistes. La nature. Les ingénieurs peuvent être en mesure de tirer des indices des pangolins et des huîtres pour construire des matériaux sans créer beaucoup de déchets nocifs au cours du processus.
nous pouvons trouver des alternate options à de nombreux procédés de fabrication actuels à forte intensité énergétique ou à des produits chimiques dangereux”, a déclaré Heinz.
Krishan Kanhaiya, récemment diplômé d’un doctorat en génie chimique et biologique à CU Boulder, a également été co-auteur de la nouvelle étude. Les autres co-auteurs incluent des chercheurs du Georgia Institute of Know-how L’université de Carnegie Mellon Université de Duke MIT Collège universitaire de Londres Université Johns Hopkins Université Deakin Université Tufts Université du Michigan Université de Cambridge Université d’Oxford Université de Californie à San Diego et l’Université Rice.
