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Tesourinha inspira cientistas a criar dispositivo que aumenta de tamanho

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(foto: Universidade Purdue /ETH Zurique/Divulgação - 6/4/18)(foto: Universidade Purdue /ETH Zurique/Divulgação – 6/4/18)

Cientistas reconhecem que é difícil competir com a natureza. Séculos de desenvolvimento tecnológico, muitas vezes, são superados por habilidades simples de pequenos animais, como os insetos. Os da ordem Dermaptera, conhecidos popularmente como tesourinhas ou lacrainhas e comuns em regiões tropicais, têm asas dobráveis, capazes de encolher o tamanho do corpo do animal em até 18 vezes. A intrigante propriedade parece mais complexa e eficaz que as técnicas clássicas de origami, muito estudadas por engenheiros.

Pesquisadores da Universidade Purdue, nos Estados Unidos, tentam desvendar a estrutura das tesourinhas para criar estruturas dobráveis com aplicações diversas, da astronomia à medicina. A primeira constatação da equipe é de que o grande segredo da maleabilidade são as juntas formadas por proteínas que ficam em cada dobra da asa do inseto.

“Primeiramente, as tesourinhas têm a maior mudança de área encontrada no reino animal. A asa aberta tem 18 vezes o tamanho da forma dobrada, o que equivale a mudar de uma tela de celular para um monitor de desktop”, compara Andres Arrieta Diaz, principal autor do estudo, detalhado recentemente na revista Science.

Para a criação do protótipo, uma espécie de folha sanfonada, Diaz e os colegas usaram juntas, que funcionam como pequenas molas nas dobras da estrutura. Isso permite que ela se dobre usando uma quantidade mínima de energia. Além disso, uma vez estendido, o dispositivo consegue se sustentar sozinho, como as asas da tesourinha em pleno voo.

Segundo os criadores, usando técnicas comuns de origami, seria impossível criar a asa artificial. Nesse caso, ela conseguiria dobrar apenas 30% da sua extensão. A aposta dos cientistas é que a tecnologia seja explorada em uma diversidade de áreas, como o desenvolvimento de robôs com atuação simplificada, dispositivos biomédicos, painéis solares que acompanhem o Sol, estruturas espaciais que se montem sozinhas e dispositivos eletrônicos que diminuam ou aumentem de tamanho conforme a vontade do usuário. “Essa lista é dada em ordem de viabilidade”, ressalta Diaz.

 

Músculos poupados

O fato de as tesourinhas usarem pouca energia para se locomover também é uma habilidade que os pesquisadores pretendem explorar. O pequeno inseto — tem de 4 a 80 milímetros de comprimento —  geralmente fica com as asas escondidas, só as estende no momento do voo. Por conta do padrão complexo de dobras, os movimentos de abertura e contração ocorrem com um mínimo deslocameto de músculos.

Uma vez estendidas, as asas conseguem sustentar as forças necessárias para o voo sem nenhum gasto extra de energia.   Segundo os cientistas, são também as juntas proteicas presentes nas dobras que permitem o feito. Elas agem como pequenas molas, armazenando e liberando energia.

Modelos de computador ajudaram a equipe a chegar a essas conclusões. “O principal desafio foi isolar o princípio fundamental que captura a funcionalidade da asa da tesourinha, que foi a descoberta da tensão das juntas”, conta Diaz. “Nós tivemos que estender a teoria do origami para levar isso em conta. Fazendo isso, nossa contribuição abre um amplo espectro de possibilidades para dispositivos e obras de arte baseados no nosso origami/mola”, completa.

Painéis solares

Em uma segunda etapa, o princípio foi usado para criar estruturas reais. A equipe produziu painéis que se dobram em quatro ou nove vezes automaticamente, com apenas um leve toque. Também criou uma garra que consegue se fechar e levantar uma pilha de moedas. Tudo isso sem a necessidade de um gasto constante de energia, como acontece nos sistemas comuns.

Professor do Centro de Pesquisa em Aerodinâmica Experimental da Universidade Federal de Uberlândia (UFU),  Odenir de Almeida ressalta que soluções do tipo estão em alta em ramos diversos da ciência. “Com o advento de novas tecnologias nas áreas de materiais, estruturas, eletroeletrônica, aerodinâmica e controle e automação, é possível a criação de conceitos de estruturas passivas, sem movimento, assim como estruturas ou mecanismos dotados de movimentação”, diz.

Segundo Almeida, é importante notar que esse tipo de projeto só é possível por meio da integração de diversas áreas do conhecimento. “Um grande número de engenheiros das mais diversas formações atua de maneira sistemática e dedicada à solução de problemas práticos, fazendo uso de tecnologias existentes e testando novos conceitos e ideias. Mitas vezes, quando o problema é complexo, faz-se a ligação com institutos de pesquisa e universidades. Isso é algo que falta no nosso país e que deve ser trabalhado nessas novas gerações de engenheiros”, defende.

No caso do dispositivo inspirado nas tesourinhas, para criar a estrutura, foram considerados materiais com memória de forma — que conseguem retornar ao estado original após serem deformados — e estratégias de controle eletroeletrônico para criar as estruturas, segundo o professor da UFU.

Diaz conta que as experimentações vão continuar, principalmente em aplicações robóticas. “Estamos combinando esse estudo com nosso trabalho anterior sobre a planta carnívora dioneia para criar robôs que mudem de forma sozinhos”, diz. “Além disso, queremos criar materiais que possam se reconfigurar explorando os mesmos princípios do origami.”

* Estagiário sob a supervisão da subeditora Carmen Souza

“A asa aberta (da tesourinha) tem 18 vezes o tamanho da forma dobrada, o que equivale a mudar de uma tela de celular para um monitor de desktop”

Andres Arrieta Diaz, principal autor do estudo e pesquisador da Universidade Purdue

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