Un groupe de recherche du Centre de recherche technique VTT de Finlande a percé le secret derrière les propriétés mécaniques extraordinaires et le poids ultra-léger de certains champignons. La conception architecturale complexe des champignons pourrait être imitée et utilisée pour créer de nouveaux matériaux pour remplacer les plastiques. Les résultats de la recherche ont été publiés le 22 février 2023 dans Avancées scientifiques.
Les recherches de VTT montrent pour la première fois les caractéristiques structurelles, chimiques et mécaniques complexes adaptées au cours de l’évolution par le champignon sabot (Fomes fomentarius). Ces caractéristiques interagissent en synergie pour créer une toute nouvelle classe de matériaux haute performance.
Les résultats de la recherche peuvent être utilisés comme source d’inspiration pour développer de bas en haut la prochaine génération de matériaux durables mécaniquement robustes et légers pour une variété d’applications dans des conditions de laboratoire. Il s’agit notamment d’implants résistants aux chocs, d’équipements sportifs, de gilets pare-balles, d’exosquelettes pour avions, d’électronique ou de revêtements de surface pour pare-brise.
Démêler la microstructure unique du champignon Fomes
La nature donne un aperçu des stratégies de conception développées par les organismes vivants pour construire des matériaux robustes. Le champignon de l’amadou Fomes est une espèce particulièrement intéressante pour les applications de matériaux avancés. C’est un habitant commun du bouleau, avec la fonction importante de libérer du carbone et d’autres nutriments des arbres morts. Les fructifications Fomes sont des conceptions biologiques ingénieusement légères, simples dans leur composition mais efficaces dans leurs performances. Ils remplissent une variété de besoins mécaniques et fonctionnels, par exemple, la protection contre les insectes ou les branches tombées, la propagation, la survie (texture et goût non préférés pour les animaux) et une fructification pluriannuelle florissante au fil des saisons.
Les nouvelles recherches de VTT révèlent que le corps de fructification de Fomes est un matériau fonctionnellement gradué avec trois couches distinctes qui subissent un auto-assemblage hiérarchique à plusieurs échelles.
« Le réseau de mycélium est le composant principal de toutes les couches. Cependant, dans chaque couche, le mycélium présente une microstructure très distincte avec une orientation préférentielle, un rapport d’aspect, une densité et une longueur de branche uniques. Une matrice extracellulaire agit comme un adhésif de renforcement qui diffère dans chaque couche en termes de quantité, de contenu polymère et d’interconnectivité », a déclaré Pezhman Mohammadi, chercheur principal chez VTT.
La structure modifiable permet différentes fonctionnalités
La structure de Fomes est extraordinaire car elle peut être modifiée pour créer divers matériaux aux performances distinctes. Des changements minimes dans la morphologie cellulaire et la composition polymérique extracellulaire se traduisent par divers matériaux avec différentes caractéristiques physico-chimiques qui surpassent la plupart des matériaux naturels et artificiels. Alors que les matériaux traditionnels sont généralement confrontés à des compromis de propriétés (par exemple, augmenter le poids ou la densité pour augmenter la résistance ou la rigidité), Fomes atteint des performances élevées sans ce compromis.
« La conception architecturale et les principes biochimiques du champignon Fomes ouvrent de nouvelles possibilités pour l’ingénierie des matériaux, telles que la fabrication de structures techniques ultra-légères, la fabrication de nanocomposites aux propriétés mécaniques améliorées ou l’exploration de nouvelles voies de fabrication pour la prochaine génération de matériaux programmables aux fonctionnalités hautes performances. .
« De plus, la culture du matériau à l’aide d’ingrédients simples pourrait aider à surmonter le coût, le temps, la production de masse et la durabilité de la façon dont nous fabriquons et consommons les matériaux à l’avenir », explique Pezhman.
Plus d’information:
Robert Pylkkänen et al, La structure complexe de Fomes fomentarius représente une conception architecturale pour des matériaux ultralégers à haute performance, Avancées scientifiques (2023). DOI : 10.1126/sciadv.ade5417