Het sterkste natuurlijk materiaal ooit ontdekt is onderdeel van, verrassend genoeg, een weekdier. Zijn naam is Patella vulgata, of in gewone taal, gewone schaalhoren of puntkokkel. Een eetbare slak die overal voorkomt langs de Europese kust. De ‘tanden’ waarmee het diertje over de rotsen schraapt om zich te voeden met algen, zijn van dit materiaal gemaakt. Het bestaat uit eiwit versterkt met nanovezels van goethiet, een ijzerhoudend mineraal zo genoemd naar Johann Wolfgang von Goethe.
Dit materiaal is beschreven in een artikel gepubliceerd in 2015 door Asa Barber en collega’s van de universiteit van Portsmouth. Uit hun metingen bleek dat de stof sterker is dan spinrag, tot dan beschouwd als het sterkste natuurlijk materiaal. De tanden van de schaalhoren bevatten opmerkelijk veel versterkende nanovezels van goethiet. De auteurs denken dat het natuurlijke ontwerp van de tanden zó goed is dat het materiaal nadert aan zijn theoretisch maximale sterkte. Heel opmerkelijk, dat de natuur zo’n goede ingenieur kan zijn!
Sterkste natuurlijk materiaal, blijft zelfs scherp bij slijtage
Schaalhorens leven in getijdengebieden langs de kusten van Europa. Hun harde schelpen beschermen hen tegen beschadiging, aanvallen van roofdieren, en uitdroging. Zij leven ongeveer de helft van de tijd boven het waterpeil. Onder water kunnen zij ‘lopen’, ten hoogste anderhalve meter. Maar ze komen altijd terug op hun rustplaatsen. Blijkbaar laten ze een slijmspoor achter, dat ze kunnen herkennen als dat van henzelf. Hun schelp is vaak perfect vorm gegeven langs de vorm van de rots bij hun rustplaats. Daardoor kunnen zij zich perfect aan de rots vast hechten door vacuüm te zuigen; ze houden het zeewater vast binnen hun schelp en gaan pas open als ze weer onder water staan. Op deze manier kunnen ze zelfs de grootste golven weerstaan.
John Videler, een emeritus hoogleraar uit Groningen, heeft ook schaalhorens en dit sterkste natuurlijk materiaal onderzocht. Videler was hoogleraar in de bionica en onderzoekt, in zijn artikel, hoe vorm, interne structuur, slijtpatroon, positionering en verdeling van harde en elastische eigenschappen van deze tanden ons kunnen helpen bij het ontwerpen van betere industriële snijmachines. Hij ontdekte dat de tanden van de schaalhoren krom zijn, waardoor de krachten die daarop worden uitgeoefend niet alleen terecht komen op het topje, maar worden verdeeld over het hele apparaat. Bovendien hebben de goethietkristallen in de tanden van de schaalhoren een soort dakpanvorm. Natuurlijk slijten de tanden bij het schrapen langs de rots; maar dan wordt de voorste rij afgestoten waardoor de volgende het werk moet gaan doen. Op deze manier blijven de tanden scherp zelfs als zij slijten. Videler is hiermee naar een fabrikant van tanden van cutterzuigers gegaan, met het idee dat ze deze principes konden gebruiken voor een beter ontwerp van de messen. Maar, zoals hij zegt tegen NRC Handelsblad, de fabrikant zag er niets in. ‘Als ze langer mee zouden gaan zou hij er minder van verkopen,’ zeiden ze. Het oude, maar altijd onjuiste argument voor geplande veroudering. Hopelijk zullen hun concurrenten meer aandacht schenken aan de lessen van de natuur.
Interessant? Lees dan ook:
Sterkste biomateriaal ooit
Genetisch aangepast spinrag
Stro, een zeer goed bouwmateriaal