استلهم المهندسون في جامعة برينستون تصميمهم من بنية الطبقة الخارجية الصلبة للعظام البشرية، فطوروا مادة أسمنتية مقاومة للتلف بنسبة 5.6 مرة أكثر من نظيراتها القياسية، ويسمح التصميم المستوحى من المواد الحيوية للمادة بمقاومة التشقق وتجنب الفشل المفاجئ، على عكس نظيراتها الأسمنتية التقليدية الهشة.
وأظهر الباحث رضا مويني من الجامعة، أن الأسمنت الجديد يمكن أن يزيد بشكل كبير من مقاومة انتشار الشقوق وتحسن القدرة على التشوه دون فشل مفاجئ.
وعلى النقيض من الأساليب التقليدية التي تعمل على تقوية المواد القائمة على الأسمنت عن طريق إضافة الألياف أو البلاستيك، يعتمد نهج فريق برينستون على التصميم الهندسي. ومن خلال التلاعب ببنية المادة نفسها، يحقق الفريق تحسينات كبيرة في الصلابة دون الحاجة إلى مواد إضافية.
إضافة إلى تحسين مقاومة الكسر، قدم الباحثون طريقة جديدة لقياس درجة الاضطراب، وهي كمية مهمة للتصميم. بناءً على الميكانيكا الإحصائية، قدم الفريق معلومات لقياس درجة الاضطراب في المواد المعمارية. سمح هذا للباحثين بإنشاء إطار رقمي يعكس درجة الاضطراب في الهندسة المعمارية.
وقال مويني: «هذا النهج يمنحنا أداة قوية لوصف وتصميم المواد بدرجة مخصصة من الفوضى. إن استخدام أساليب التصنيع المتقدمة مثل التصنيع الإضافي يمكن أن يعزز تصميم هياكل أكثر اضطراباً وأكثر ملاءمة من الناحية الميكانيكية ويسمح بتوسيع نطاق هذه التصاميم الأنبوبية لمكونات البنية التحتية المدنية باستخدام الخرسانة».