Parentes de cigarras conhecidos como insetos de atiradores de elite podem catapultar gotículas de xixi em velocidades super rápidas, revelando o primeiro exemplo conhecido de “superpropulsão” na natureza, segundo um novo estudo.
Esse efeito recém-descoberto ajuda os bugs a economizar energia durante o xixi e podem inspirar melhores dispositivos autolimpantes e motores robóticos macios, observaram os cientistas.
No novo estudo, os pesquisadores examinaram parentes de cigarras conhecidas como atiradores de elite de asas vítreas (homalodisca vitripennis). Esses insetos, que têm cerca de meia polegada (1,2 centímetros) de comprimento, alimentam -se da seiva do Xylem, a parte arborizada de uma planta que traz água e dissolveu nutrientes das raízes, em oposição ao floema, que reduz o açúcar do folhas.
A dieta do atirador de elite é de 95% de água e pobre em nutrientes. Portanto, os insetos constantemente bebem a seiva do xilema para obter o suficiente para comer e xixi até 300 vezes o peso corporal por dia. (Para comparação, os seres humanos fazem xixi cerca de um quento de seu peso corporal por dia.)
Embora muito se saiba sobre a mecânica de comer, muito permanece desconhecido sobre a física da excreção, observaram os pesquisadores. Eles se concentraram em atiradores de elite para ver se seus pequenos corpos evoluíram alguma inovação inteligente para lidar com a constantemente fazendo xixi “chuva de folhas”.
“Vi esses insetos fazendo xixi uma vez e me apaixonei”, estudava o autor sênior Saad Bhamla (abre no New Tab), um biofísico do Instituto de Tecnologia da Geórgia em Atlanta, disse ao Live Science.
Os cientistas usaram vídeos e microscopia de alta velocidade para analisar uma estrutura na extremidade traseira do atirador de elite, tecnicamente chamado de caneta anal, ou como Bhamla chamava de “flanger”. Quando o bug estiver pronto para fazer xixi, a caneta se flexiona para baixo para dar espaço à medida que o inseto aperta uma gota de urina. Quando a queda atinge um tamanho ideal, a caneta se dobra ainda mais e, como as nadadeiras de uma máquina de pinball, lança a gota, acelerando mais de 40 g – 10 vezes maior que os carros esportivos mais rápidos.
Os pesquisadores descobriram que a caneta viaja a 0,75 pés por segundo (0,23 metros por segundo). No entanto, as gotículas catapultadas voam cerca de 40% mais rápidas, a até 1,05 pés por segundo (0,32 m/s).
A descoberta revela que um efeito chamado superpropulsão, visto anteriormente apenas em ambientes artificiais, está acontecendo. Com a superpropulsão, um projétil elástico se move mais rápido do que sua plataforma de lançamento por causa de um aumento de energia que recebe ao sincronizar seus movimentos com os de sua plataforma de lançamento, como um mergulhador cronometrando seu salto de um trampolim.
Especificamente, os cientistas descobriram que a caneta comprimia as gotículas, armazenando energia em sua tensão superficial pouco antes do lançamento para ajudar a catapultá-las em altas velocidades. A tensão superficial é a força que obriga as gotas de líquido a se acumularem, e resulta de quão fortemente as moléculas nos líquidos aderem umas às outras em oposição a outra coisa, fazendo com que as superfícies dos líquidos atuem como membranas flexíveis.
“Muitas vezes, negligenciamos a excreção porque é um tabu ou bobagem, mas é uma função biológica crítica semelhante à alimentação que tem importantes implicações energéticas, ecológicas e evolutivas”, primeiro autor do estudo, Elio Challita , biofísico do Georgia Institute of Tecnologia, disse ao Live Science. “O que começou como uma observação curiosa de um mecanismo incomum de fazer xixi descobriu o primeiro exemplo de superpropulsão em um organismo biológico”.
Para ver por que os atiradores catapultavam gotas de xixi em vez de borrifar urina em jatos, os pesquisadores usaram microtomografias para analisar a anatomia dos insetos e fazer medições de dentro dos insetos. Isso ajudou a equipe a calcular a pressão e a energia que os insetos precisavam para fazer xixi, revelando que a superpropulsão exigia de quatro a oito vezes menos energia do que os jatos.
Essas descobertas podem ajudar os engenheiros construindo dispositivos que podem se limpar com menos energia. “As gotas de água geralmente aderem às superfícies devido à tensão superficial, o que pode ser indesejável em vários contextos, como na limpeza e prevenção de danos aos eletrônicos”, disse Challita. “A superpropulsão de gotículas oferece uma maneira de ejetar gotículas de superfícies, vibrando a superfície com a frequência vibracional das gotículas.”
Além disso, os resultados podem ajudar a melhorar a eficiência dos motores que os robôs macios e flexíveis usam para se mover, disse Challita. Em suma, “podemos descobrir algumas coisas incríveis em nossos próprios quintais – só temos que olhar de perto”, disse Bhamla.
Publicado em 04/03/2023 18h23
Artigo original:
Estudo original: