یک ماده اسفنجی جدید می‌تواند از سست‌ترین پلاستیک سبک‌تر اما در عین حال از فلز محکم‌تر باشد. این ماده جدید از بلورهای گرافن که له‌شده و در یک شبکه وسیع ذوب شده‌اند، ساخته شده است. این ساختار کرکی که شبیه به یک موجود دریایی است، کاملاً توخالی است؛ تراکم آن نیز فقط ۵ درصد گرافن معمولی است. با اینکه محققان از گرافن استفاده می‌کنند، اما خصوصیات معجزه‌آسای این ماده کاملا به اتم‌های استفاده شده بستگی ندارد: ماده اولیه سری ترتیب قرارگرفتن آن اتم‌هاست. مارکوس جی. بوهلر، دانشمند مواد در موسسه فناوری ماساچوست (MIT)، می‌گوید: «شما می‌توانید خود ماده را با هر چیزی عوض کنید. هندسه عامل غالب است؛ چیزی است که پتانسیل تبدیل به بسیاری از چیزها را دارد.» گرافن، ماده‌ای که از اتم‌های کربن ساخته شده است، محکم‌ترین ماده روی زمین است. در کاغذ، لایه‌های بسیار نازک گرافن، که فقط به ضخامت یک اتم هستند، خصوصیات الکتریکی منحصر‌به‌فرد و قدرت وصف‌ناپذیری دارند. متاسفانه، این خصوصیات به آسانی در اشکال سه‌بعدی که از آنها برای ساخت اشیا استفاده می‌شود، منتقل نمی‌شود. شبیه‌های گذشته نشان داده‌اند که موقعیت قرارگرفتن اتم‌های گرافن می‌تواند استحکام و قدرت را در سه بعد افزایش دهد. با این حال، وقتی محققان سعی کردند این مواد را در آزمایشگاه تولید کنند، نتایج اغلب هزاران برابر ضعیف‌تر از آن چیزی شد که پیش‌بینی شده بود.
- محکم‌تر از فلز
برای پرداختن به این چالش، تیم تحقیقاتی از پایه شروع کردند: آنها ساختار را در سطح اتم تجزیه و تحلیل کردند. از آنجا، محققان یک مدل ریاضی ساختند که می‌تواند با دقت نحوه ایجاد مواد فوق‌العاده محکم را پیش‌بینی کند. سپس محققان از مقادیر دقیقی از حرارت و فشار برای تولید ساختارهای منحنی و پیچ و خم‌دار استفاده کردند که اولین بار از نظر ریاضی توسط یکی از دانشمندان ناسا در سال ۱۹۷۰ توضیح داده شده بود. بوهلر می‌گوید: «در واقع اینکه کاری کنید تا آنها از مدل‌های تولید معمولی استفاده کنند، تقریباً غیرممکن است.» محققان در یک تحقیق که در ۶ ژانویه در مجله علمی Science منتشر شد، گفته‌اند که قدرت و استحکام ماده به دلیل نسبت سطح به حجم است. در طبیعت، موجودات دریایی مانند مرجان و دیاتوم‌ها نیز از یک نسبت سطح به حجم بزرگ برای دستیابی به قدرت باورنکردنی در مقیاس‌های کوچک استفاده می‌کنند. محققان می‌گویند زمانی که این ساختارهای سه‌بعدی را خلق کردند، می‌خواستند دریابند که محدودیت در چیست و محکم‌ترین ماده ممکنی که می‌توانند تولید کنند، چیست. دانشمندان مجموعه‌ای از مدل‌ها را ایجاد کردند، آنها را ساختند و سپس در معرض تنش و فشار قرار دادند. قوی‌ترین ماده‌ای که محققان ساختند تقریبا به سبکی یک کیسه پلاستیکی و به محکمی فلز بود. یکی از موانع بر سر راه ایجاد این مواد فوق‌العاده محکم نبود توانایی ساخت صنعتی برای تولید آنهاست. با این حال، روش‌هایی وجود دارد که از طریق آنها این ماده بتواند در مقیاس‌های بزرگ‌تر تولید شود. برای مثال، می‌توان از ذرات واقعی به عنوان قالب‌هایی که روکش گرافن دارند، استفاده کرد؛ سپس قالب زیرین با استفاده از مواد شیمیایی یا شیوه‌های فیزیکی خورده شود و در نتیجه gyroid گرافن باقی بماند.