สิ่งมหัศจรรย์ของธรรมชาติเป็นแรงบันดาลใจให้วัสดุสังเคราะห์ที่แปลกใหม่

จากเทปกาวที่ได้รับแรงบันดาลใจจากนิ้วเท้าของตุ๊กแก ไปจนถึงการเคลือบป้องกันข้อบกพร่องที่อาจเกิดขึ้นของเครื่องบินซึ่งได้รับแรงบันดาลใจจากหอยมุก ความน่าดึงดูดใจมีศูนย์กลางอยู่ที่แนวคิดเดียว นั่นคือการออกแบบตามลำดับชั้น เมื่อวัสดุมีการออกแบบลำดับชั้น โครงสร้างโดยรวมจะประกอบด้วยโครงสร้างในระดับที่เล็กกว่ามาก หรือหลายชั่วอายุคน ซึ่งเมื่อประกอบเข้าด้วยกันจะแสดงคุณสมบัติพิเศษ ตัวอย่างเช่น ความสามารถของตุ๊กแกในการเดินขึ้นกำแพงแนวตั้งและข้ามเพดานนั้นลดลงไปถึงการจัดวางลำดับชั้นของเส้นใยขนาดเล็กบนนิ้วเท้าของพวกมัน นิ้วเท้าแต่ละข้างมีแผ่นใยขนที่ยื่นออกมาซึ่งจะแตกออกเป็นเส้นเล็กและละเอียดขึ้นซ้ำๆ ด้วยขนาดจนถึงระดับนาโน การแยกนิ้วเท้าซ้ำๆ นี้จะเพิ่มพื้นที่ผิวของนิ้วเท้าอย่างมาก และช่วยตรึงนิ้วเท้าของตุ๊กแกให้แนบสนิทกับพื้นผิว อย่างไรก็ตาม ก่อนที่จะมีการค้นพบโครงสร้างตามธรรมชาติเหล่านี้ สถาปนิกได้ใช้วิธีลำดับชั้นนี้ในการออกแบบอาคารและโครงสร้างที่มีชื่อเสียงที่สุดบางส่วนที่ยังคงยืนอยู่ โลก ในปัจจุบัน บางทีตัวอย่างที่มีชื่อเสียงที่สุดคือหอไอเฟล ซึ่งส่วนใหญ่ประกอบด้วยคานขนาดเล็กที่รวมกันเป็นคานขนาดใหญ่ขึ้น ซึ่งรวมกันอีกครั้งเพื่อสร้างคานขนาดใหญ่ขึ้น และต่อเนื่องกันเป็นโครงสร้างทั้งหมดสามชั่วอายุคน หอไอเฟลถูกสร้างขึ้นสำหรับงาน World's Fair ในปี 1889 และแผนการออกแบบของ Gustav Eiffel หมายความว่าเมื่อถึงเวลาก่อสร้าง วัสดุต่างๆ จะถูกใช้อย่างจำกัด ในความเป็นจริง หากคุณต้องหลอมเหล็กของหอคอยทั้งหมดให้เป็นบล็อกแข็งที่มีพื้นที่ฐานเท่ากับของหอคอย บล็อกจะสูงจากพื้นเพียง 6 ซม. กว่า 100 ปีต่อมา นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรกำลังมองหาวิธีที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดในการใช้วิธีการแบบลำดับชั้นนี้เพื่อสร้างวัสดุสังเคราะห์แปลกใหม่ที่เรียกว่าวัสดุเมตา ในบทความนี้ Daniel Rayneau-Kirkope จาก Aalto University, Yong Mao จาก University of Nottingham และ Robert Farr จาก London Institute of Mathematical Sciences อธิบายว่าโครงสร้างประเภทนี้สามารถปรับให้เหมาะสมได้อย่างไรโดยการทำความเข้าใจความสัมพันธ์ที่แม่นยำระหว่างโครงสร้าง และฟังก์ชั่น เทคโนโลยีที่จำเป็นสำหรับการออกแบบที่ซับซ้อนเหล่านี้กำลังก้าวหน้าไปอย่างรวดเร็ว นักวิจัยบางคนกำลังพยายามพัฒนากระบวนการระดับอุตสาหกรรมเพื่อสร้างวัสดุที่เลียนแบบมุกหรือที่เรียกว่าหอยมุก Nacre เป็นวัสดุที่แข็งแรงอย่างไม่น่าเชื่อซึ่งผลิตโดยหอยบางชนิดเป็นเปลือกชั้นใน นอกจากนี้ยังเป็นชั้นเคลือบด้านนอกของไข่มุกและมีความทนทานต่อการแตกหักมากกว่าคริสตัลถึง 3,000 เท่า "การเริ่มต้นด้วยวัสดุที่ธรรมชาติไม่ได้ใช้สำหรับวัตถุประสงค์เชิงโครงสร้าง มีโอกาสที่คุณสมบัติที่เป็นประโยชน์ของมุกและตัวอย่างอื่นๆ ของการออกแบบลำดับชั้นที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติอาจถูกแซงหน้าด้วยวัสดุผสมที่มนุษย์สร้างขึ้น" นักวิจัยเขียน