Advances in Fracture Research: Honour and Plenary Lectures Presented at the 11th International Conference on Fracture (ICF11), Held in Turin, Italy, on March 20–25, 2005

مواد بیولوژیکی سیستم های طراحی شده از پایین به بالا هستند که از میلیاردها سال تکامل طبیعی شکل گرفته اند. در دوره طولانی رقابت داروینی برای بقا، طبیعت طیف عظیمی از سیستم‌های سلسله مراتبی و چند عملکردی را از اسیدهای نوکلئیک، پروتئین‌ها، سلول‌ها، بافت‌ها، اندام‌ها، ارگانیسم‌ها، جوامع حیوانی تا موجودات اکولوژیکی تکامل داده است. سلسله مراتب چند سطحی یک قانون طبیعت است. پیچیدگی‌های زیست‌شناسی فرصتی را برای مطالعه اصول اولیه طراحی مجموعه‌های سلسله مراتبی و چند منظوره، موضوعی بالقوه نه تنها برای علوم زیستی و زیستی، بلکه برای علوم نانو و فناوری نانو، فراهم می‌کند. مطالعات سیستماتیک در مورد چگونگی ارتباط ساختارهای سلسله مراتبی در زیست شناسی با عملکردها و خواص آنها می تواند به درک بهتر اثرات پیری، بیماری ها و داروها بر بافت ها و اندام ها منجر شود و ممکن است به ایجاد یک پایه علمی برای مهندسی بافت برای بهبود استاندارد کمک کند. از زندگی کردن در عین حال، چنین مطالعاتی همچنین ممکن است راهنمایی در مورد توسعه مواد سلسله مراتبی نانوساختار جدید از طریق یک رویکرد پایین به بالا، یعنی. ه. با طراحی خیاطی مواد از مقیاس اتمی به بالا. در حال حاضر ما به سختی هیچ مبنای نظری در مورد چگونگی طراحی یک ماده سلسله مراتبی برای دستیابی به مجموعه خاصی از خواص ماکروسکوپی داریم. تلاش جدید با هدف درک روابط بین ساختارهای سلسله مراتبی در زیست شناسی و عملکردها و ویژگی های مکانیکی و دیگر آنها ممکن است فرصت های چالش برانگیز و ارزشمندی را برای مکانیک در قرن بیست و یکم فراهم کند.

Biological materials are bottom-up designed systems formed from billions of years of natural evolution. In the long course of Darwinian competition for survival, nature has evolved a huge variety of hierarchical and multifunctional systems from nucleic acids, proteins, cells, tissues, organs, organisms, animal communities to ecological s- tems. Multilevel hierarchy a rule of nature. The complexities of biology provide an opportunity to study the basic principles of hierarchical and multifunctional s- tems design, a subject of potential interest not only to biomedical and life sciences, but also to nanosciences and nanotechnology. Systematic studies of how hierarchical structures in biology are related to their functions and properties can lead to better understanding of the effects of aging, diseases and drugs on tissues and organs, and may help developing a scienti?c basis for tissue engineering to improve the standard of living. At the same time, such studies may also provide guidance on the dev- opment of novel nanostructured hierarchical materials via a bottom-up approach, i. e. by tailor-designing materials from atomic scale and up. Currently we barely have any theoretical basis on how to design a hierarchical material to achieve a part- ular set of macroscopic properties. The new effort aiming to understand the re- tionships between hierarchical structures in biology and their mechanical as well as other functions and properties may provide challenging and rewarding opportunities for mechanics in the 21st century.