De picos de vírus a presas de narval, os ferrões de muitos organismos vivos têm o mesmo projeto mecânico básico. Agora, uma equipe de físicos liderados por Kaare Jensen estudou as propriedades mecânicas de mais de 200 ferrões naturais e artificiais para descobrir o porquê.
Os pesquisadores da Universidade Técnica da Dinamarca descobriram uma relação clara entre as propriedades estruturais de ferrões grandes e pequenos – resolvendo assim um mistério evolutivo de longa data. Como um bônus, seu trabalho pode levar a estruturas artificiais que imitam melhor as propriedades desejáveis dos ferrões naturais.
Uma variedade impressionante de organismos vivos vem equipada com conseqüências pontiagudas para propósitos que vão desde pegar presas até combater rivais. Esses ferrões variam em tamanho de dezenas de nanômetros a vários metros, mas são notavelmente semelhantes em termos de design e propriedades mecânicas – mesmo em organismos muito diferentes. Essa semelhança também se estende a estruturas artificiais, como pregos e armas pontiagudas.
Resistência à deformação elástica
Para entender essa onipresença do design, a equipe de Jensen experimentou ferrões artificiais feitos a partir do polímero polidimetilsiloxano e comparou seus resultados com estudos anteriores de ferrões naturais. Para simplificar, a equipe define um ferrão como sendo reto e rígido, com uma forma cônica longa e delgada e uma seção transversal aproximadamente circular. Sua definição também inclui forte resistência à deformação elástica.
Dentro dessas restrições, eles construíram um banco de dados de ferrões de mais de 200 objetos, incluindo vírus, algas e vertebrados e invertebrados maiores: marinho e terrestre. Eles também incluíam objetos feitos pelo homem, como unhas usadas na construção, agulhas hipodérmicas e lanças da guerra antiga.
Os experimentos revelaram como os ferrões se curvavam e se quebravam quando submetidos a uma carga. Quando combinados com os resultados de estudos anteriores descritos na literatura científica, esses dados revelaram uma relação ideal entre os diâmetros, comprimentos, rigidez e forças de atrito por unidade de área de diferentes ferrões.
Um insight crucial revelado pelo estudo é que as estruturas de ferrão existem nos limites mecânicos impostos pelo atrito, estabilidade elástica e custos incorridos pela manutenção do tecido. Essa restrição, em última análise, explica a universalidade encontrada nas estruturas dos ferrões: não importa o seu tamanho, os organismos vivos evoluem até que suas conseqüências atinjam esses limites, fazendo com que os ferrões convergam na mesma forma.
Tendo explicado esse mistério de longa data, a equipe de Jensen agora explorará como suas descobertas podem se aplicar à biomecânica e à evolução de armas de animais, e potencialmente levar a novas aplicações médicas. Em outros lugares, eles poderiam informar aos engenheiros como as estruturas artificiais que imitam ferrões naturais poderiam ser fabricadas com precisão em diferentes escalas para melhorar o desempenho e reduzir os custos de material.
Publicado em 03/07/2020 12h52
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