Uma equipe de cientistas da Universidade McGill, em Montreal, inciou suas pesquisas com um estudo detalhado sobre materiais naturais como as conchas dos moluscos, ossos e unhas, que são assombrosamente resilientes apesar de feitas de minerais frágeis.
O segredo consiste no fato de que os minerais se encaixam em uma unidade maior e mais forte. A junção significa que a concha contém minúsculas ranhuras denominadas interfaces. Externamente, isto pode parecer uma fraqueza, mas na prática é um defletor habilidoso da pressão externa.
Para dar um exemplo, a concha interna e brilhante de alguns moluscos, conhecida como nácar ou madrepérola, é cerca de 3.000 vezes mais dura do que os minerais de que é feita.
"Fazer um material mais duro introduzindo interfaces fracas pode parecer um contrassenso, mas parece ser uma estratégia universal e poderosa em materiais naturais", destacou o artigo.
Usando o que aprendeu, a equipe utilizou um laser tridimensional para esculpir fissuras microscópicas em lâminas de vidro, as preencheram com um polímero e descobriram que isto a deixou 200 vezes mais dura.
O vidro seria capaz de absorver melhor os impactos, cedendo e curvando-se suavemente ao invés de se estilhaçar.
"Um contêiner feito de vidro padrão quebraria e se estilhaçaria se o deixassem cair no chão. Ao contrário, um contêiner feito com nosso vidro bio-inspirado, tem a possibilidade de se deformar um pouco, sem se quebrar completamente", disse à AFP François Barthelat, co-autor do estudo.
"O contêiner poderia, assim, ser usado novamente após uma ou algumas quedas", prosseguiu.
O vidro entalhado pode "se esticar" quase 5% antes de trincar, em comparação com uma capacidade de apenas 0,1% do vidro padrão.
Um vidro mais forte pode ser usado em janelas à prova de bala, óculos e até mesmo telas de 'smartphones'.
O vidro é funcional por causa de sua transparência, dureza, resistência a produtos químicos e durabilidade, mas a principal desvantagem é sua fragilidade.
O novo método para lidar com esta fraqueza é "muito econômico", segundo Barthelat.
"Tudo o que se precisa é um feixe de laser pulsado, que pode ser direcionado precisamente para alguns pontos pré-determinados", prosseguiu.
"Nossa técnica de entalhamento com laser 3D pode facilmente ser aumentada e aplicada em componentes maiores e mais espessos, de formatos diferentes", continuou.
Tentativas anteriores de copiar a estrutura robusta das conchas do molusco tinham de concentrado em criar novos materiais, ao juntar minúsculos "blocos de montar", como a construção de um muro microscópico.
"Nossa ideia foi atacar o problema de um novo ângulo: começar com um bloco maior de material sem microestrutura inicial e esculpir interfaces mais frágeis nele", disse Barthelat.