A Caltech (Kaliforniai Technológiai Intézet) kutatóit a természet, a termeszek „várépítése”, növekedési mintázatok inspirálták új anyagok fejlesztésére. Az ellesett szabályok követésével speciális, programozható tulajdonságokkal rendelkező anyagok hozhatók létre.

A csak néhány milliméter hosszú termeszek akár négy méter magas „várakat” építhetnek. Az építmények belseje aszimmetrikus, egymással összekötött szerkezetek hálózata, olyan, mint a kenyér vagy a szivacs belseje. Por, homokszemek, szemét, nyál és trágya az alkotóelemeik, de a szabálytalan, kaotikus szerkezetek stabilitása és szellőzése mégis optimalizált.

A kutatók abból indultak ki, hogyha megértik a termeszek építkezését, az egyszerű szabályok alapján egyedi anyagokat tervezhetnek. Az épített anyagok a nanotól a mikroméret-tartományig terjedő, habszerű vagy szilárd kompozitok, amelyek 3D szerkezetekbe szervezhető építőkockákból állnak.

Épített anyagok kidolgozásánál eddig a periodikus architektúrákra összpontosítottak. Ezek egységes geometriájú sejtet, például oktaédereket vagy kockákat tartalmaznak, majd az egység többszöri megismétlésével rácsszerkezetek hozhatók létre. A rendezett szerkezetek viszont korlátozzák az épített anyagok funkcionalitását, használatát.

A periodikus architektúrák azért kényelmesek mérnököknek, mert tulajdonságaik könnyebben elemezhetők. Alkalmazás szinten viszont nem feltétlenül optimális választások. A rendezetlen szerkezetek, mint a termeszek várai sokkal elterjedtebbek a természetben, gyakran funkcionálisabbak is, eddig viszont nem találtak ki optimális tervezőmódszert rájuk.

A termeszek korlátozott erőforrásai a kiindulási pont – az állatok minta és terv nélkül dolgoznak, csak helyi szabályok alapján képesek döntéseket hozni. Ezek az alapszabályok határozzák meg az építkezésüket, a kutatók ezek alapján fejlesztettek „virtuális növekedés programot”, a biológiai szerkezetek természetes növekedését, a termeszek építkezését szimuláló algoritmust. Az algoritmus egyedi anyaggeometriával és az anyagok használati utasításával dolgozik. Minden egyes anyagnak (L-, I-, T- és +alakú építőkockának) megvannak a maga korlátai.

Ezekkel a megszorításokkal, a program egy hálóra épít architektúrát, majd az architektúrák 2D-s vagy 3D-s fizikai modellekké, szabálytalan geometriákká alakíthatók, kinyomtathatók.

A program által alkotott, a termeszvár véletlenszerűségét utánzó geometriák egyediek. Összesen 54 ezer szimulált mintát generáltak, a mintákat különféle mechanikai tulajdonságokkal rendelkező csoportokba klaszterezték, az anyagok, az erőforrások és a mechanikai tulajdonságok kapcsolatait gráfokkal ábrázolták. A kutatók mindezekből következtettek a rendezetlen szerkezeteket megalapozó szabályokra, amelyek teljesen új keretet adnak anyagok elemzéséhez és tervezéséhez. Ezek az új anyagok jobban teljesíthetnek, mint a ma használatban lévők, például jóval könnyebbek náluk, de nehezebben törnek, jobban tűrik a mechanikai impulzusokat, rezgéseket stb.

Az algoritmus nem a várat, hanem a várépítési módszert reprodukálja – hangsúlyozzák a kutatók.