Een onderzoeksgroep van het VTT Technical Research Center van Finland heeft het geheim ontdekt achter de buitengewone mechanische eigenschappen en het ultralichte gewicht van bepaalde schimmels. Het complexe architecturale ontwerp van paddenstoelen zou kunnen worden nagebootst en gebruikt om nieuwe materialen te maken ter vervanging van kunststoffen, aldus het onderzoekscentrum in een persbericht. De onderzoeksresultaten zijn gepubliceerd in Science Advances.
Het onderzoek toont voor het eerst de complexe structurele, chemische en mechanische kenmerken die de hoefzwam (Fomes fomentarius) in de loop van de evolutie heeft aangepast. Deze kenmerken werken synergetisch samen om een volledig nieuwe klasse van hoogwaardige materialen te creëren.
Sportuitrusting, kogelvrije vesten
De onderzoeksresultaten kunnen worden gebruikt als inspiratiebron om van onderaf de volgende generatie mechanisch robuuste en lichtgewicht duurzame materialen te ontwikkelen voor uiteenlopende toepassingen onder laboratoriumomstandigheden. Voorbeelden zijn schokbestendige implantaten, sportuitrusting, lichaamspantser, exoskeletten voor vliegtuigen, elektronica of oppervlaktecoatings voor voorruiten.
Bewoner van de berkenboom
De natuur biedt inzicht in ontwerpstrategieën die levende organismen hebben ontwikkeld om robuuste materialen te bouwen. De tondelschimmel Fomes is een bijzonder interessante soort voor geavanceerde materiaaltoepassingen. Het is een veel voorkomende bewoner van de berk, met een belangrijke functie in het vrijmaken van koolstof en andere voedingsstoffen uit de dode bomen. De vruchtlichamen van Fomes zijn ingenieuze lichtgewicht biologische ontwerpen, eenvoudig van samenstelling maar efficiënt in prestaties. Ze voldoen aan een verscheidenheid van mechanische en functionele behoeften, bijvoorbeeld bescherming tegen insecten of gevallen takken, voortplanting, overleving (niet gewenste textuur en smaak voor dieren), en bloei van het meerjarige vruchtlichaam door de wisselende seizoenen heen.
Hiërarchische zelfmontage
Uit het nieuwe onderzoek van VTT blijkt dat het vruchtlichaam van Fomes een functioneel gesorteerd materiaal is met drie verschillende lagen die een hiërarchische zelfassemblage op meerdere schalen ondergaan.
“Het myceliumnetwerk is de primaire component in alle lagen. In elke laag vertoont het mycelium echter een zeer verschillende microstructuur met unieke voorkeursoriëntatie, aspectratio, dichtheid en taklengte. Een extracellulaire matrix fungeert als een versterkende lijm die in elke laag verschilt qua hoeveelheid, polymeergehalte en interconnectiviteit”, aldus Pezhman Mohammadi, Senior Scientist bij VTT.
Diverse materialen
De structuur van Fomes is buitengewoon omdat zij kan worden gewijzigd om diverse materialen met verschillende prestaties te creëren. Minimale veranderingen in de celmorfologie en de extracellulaire polymeersamenstelling resulteren in diverse materialen met verschillende fysisch-chemische eigenschappen die de meeste natuurlijke en door de mens gemaakte materialen overtreffen. Terwijl traditionele materialen gewoonlijk worden geconfronteerd met een afweging van eigenschappen (bv. verhoging van gewicht of dichtheid om sterkte of stijfheid te verhogen), bereikt Fomes hoge prestaties zonder deze afweging.
“Het architecturale ontwerp en de biochemische principes van de Fomes-schimmel openen nieuwe mogelijkheden voor materiaaltechnologie, zoals de vervaardiging van ultralichte technische structuren, de fabricage van nanocomposieten met verbeterde mechanische eigenschappen, of het verkennen van nieuwe fabricageroutes voor de volgende generatie programmeerbare materialen met hoogwaardige functionaliteiten. Bovendien zou het kweken van het materiaal met eenvoudige ingrediënten kunnen helpen om de kosten, tijd, massaproductie en duurzaamheid van de manier waarop wij in de toekomst materialen maken en consumeren te ondervangen”, legt Pezhman uit.
Geselecteerd voor jou!
Innovation Origins is het Europese platform voor innovatienieuws. Naast de vele berichten van onze eigen redactie in 15 Europese landen, selecteren wij voor jou de belangrijkste persberichten van betrouwbare bronnen. Zo blijf je op de hoogte van alles wat er gebeurt in de wereld van innovatie. Ben jij of ken jij een organisatie die niet in onze lijst met geselecteerde bronnen mag ontbreken? Meld je dan bij onze redactie.
