Diefstal, inbraak en andere criminele activiteiten bemoeilijken, is een van de speerpunten van het werk van Stefan Szyniszewski, materiaaldeskundige aan de Britse Durham University. „We willen haakse slijpers en snijgereedschappen kunnen tegenhouden”, laat hij desgevraagd weten.

Op zijn zoektocht naar sterke en veerkrachtige stoffen stuitte hij op abalone, een stof die zeeslakken beschermt tegen roofdieren. Abalone bestaat uit keiharde plaatjes van parelmoer die onderling zijn verbonden met een flexibele tussenlaag.

Ook ontdekte hij dat de schil van de grapefruit sterk en robuust, en tegelijk flexibel is. „De schil van grapefruit is licht van gewicht en ongelooflijk slagvast. Die beschermt het fruit tegen breuken tijdens een vrije val.”

Bovendien is de schil waterdicht. Dat is cruciaal om de vrucht te beschermen tegen het binnendringen van schimmels en micro-organismen. De vrucht heeft daardoor de mogelijkheid om te groeien, te rijpen en zaden te produceren. Szyniszewski: „Dat inspireerde me om een materiaal met een vergelijkbare structuur te ontwikkelen.”

In vakblad Nature schreef u dat biologische schillen hun hardheid danken aan hiërarchische structuren. Wat bedoelt u daarmee?

„De grapefruitschil is opgebouwd uit structuren binnen structuren. Globaal bekeken beschikt de grapefruit over een enkelvoudige schil. Maar door de kern van de grapefruit loopt ook een structuur die sterkte aan de vrucht geeft. De witte massa van de schil bestaat uit een geraamte van ragfijne buisjes. Die zijn op hun beurt opgebouwd uit een bundel van vezeltjes.”

Wat maakt zo’n hiërarchische structuur dan zo sterk en flexibel?

„Kijk maar eens naar een stalen vakwerkbrug; die zit efficiënter in elkaar dan een Egyptische piramide. Al het materiaal van de brug bevindt zich precies op plekken met duw- en trekspanning. „Bouwen is de kunst van het weglaten”, zei Robert Le Ricolais (1894-1977), een Franse ingenieur die ook wel de ”vader van de ruimtelijke structuren” werd genoemd. De grapefruitschil is in feite een ruimtelijk geraamte van holle buizen die lijken op composietmateriaal: ze zijn gemaakt van een soort microtextiel met een bindmiddel.”

Natuurlijk is de organisatie van het materiaal niet alleen bedoeld voor sterkte en stijfheid, vervolgt Szyniszewski. „Maar ook om levensfuncties, vloeistoftransport en chemische reacties te vergemakkelijken. Dat gebeurt zeer efficiënt doordat het materiaal op elk niveau op de meest functionele manier is gerangschikt en vormgegeven.”

Het team van Szyniszewski combineerde de eigenschappen van zowel abalone als de grapefruitschil. Dat bleek een uiterst sterk en veerkrachtig synthetisch materiaal op te leveren. „Het is heel goed te vervormen en uiterst bestand tegen allerlei krachten.” Ze noemden het nieuwe materiaal proteus.

Proteus heeft een open structuur van flexibel aluminiumschuim die het gewicht laag houdt. In het aluminium bevinden zich enkele lagen van keiharde keramische ‘bolletjes’ van enkele micrometer in doorsnede. Die zorgen ervoor dat een de inslag wordt tegengehouden, terwijl de inslagenergie wordt gedempt door het aluminium, legt Szyniszewski uit.

„Vergelijk het met het tegenhouden van machinegeweerkogels met een zandzak. De zanddeeltjes verstijven direct. Hoe dat precies komt, is mij nog steeds een raadsel. Maar zoiets gebeurt in proteus ook.”

Tijdens proeven door het gerenommeerde Duitse Fraunhofer Institut blijkt proteus ook bestand tegen haakse slijpers. De schijven slijten in hoog tempo af terwijl er in het materiaal slechts een kleine insnede te zien. Ook boormachines en krachtige waterstralen onder hoge druk komen er niet doorheen. Proteus zou zelfs krachtige laserstralen tegenhouden.

Waar wordt proteus toegepast?

„Ik denk aan toepassingen zoals fietssloten, geldautomaten, beveiligde deuren, lichtgewicht bepantsering van helikopters, vliegtuigen en kogelwerende vesten. Maar ook niet-verwijderbare volgapparatuur voor recherchediensten; ze kunnen niet worden weggehaald, dus ze moeten op het gevolgde object blijven zitten. Ook zie ik mogelijkheden om deuren met proteus explosiebestendig te maken.”

Hoever bent u met het ontwikkelen van de toepassingen?

„Momenteel werken we aan opschaling van de productie en aan kostenverlaging. We zijn met de eerste toepassingen bezig. Dat zou weleens de eerste inbraakvrije fietsenstalling kunnen opleveren, zoals die door Falco in Nederland wordt geproduceerd”, oppert Szyniszewski. „Het doel is dan vooral om het deurslot van zo’n stalling te beschermen tegen elektrisch snijgereedschap op accu’s.”

Desgevraagd geeft Bas Wolbers, hoofd technisch bureau van Falco uit Vriezenveen, aan „momenteel geen interesse” te hebben in proteus. „Door onze jarenlange ervaring weten we dat de inbraakwerendheid van onze overkappingen bepaald wordt door de bevestigingsmiddelen die we toepassen.”

Szyniszewski deelt mee dat er momenteel een kersvers Brits bedrijf bezig is de eerste producten met proteus te ontwikkelen. „Er zijn gesprekken gaande met verschillende industrieën. Wie weet, hebben we in 2022 het eerste object met proteus in de straten van Londen staan.”