Penas inspiram adesivos melhores que Velcro

Redação do Site Inovação Tecnológica -  25/01/2019

As penas abrem e fecham sem grande esforço e sem danificar. [Imagem: UCSD]

Biomimetismo

As estruturas que unem as farpas das penas das aves estão fornecendo um modelo para novos adesivos e novos materiais aeroespaciais com promessas de superar largamente todas as opções atualmente no mercado.

Tarah Sullivan e seus colegas da Universidade da Califórnia em San Diego demonstraram isto ao criar reproduções dessas bioestruturas usando uma impressora 3D.

Primeiro a pesquisadora fez observações sistemáticas das penas de várias espécies de pássaros, usando um microscópio para registrar todos os detalhes das conexões que permitem que a pena abra-se, separando suas barbas, para depois fechar-se perfeitamente, sem exigir o aperto cuidadoso de um Velcro, por exemplo.

A seguir, ela reproduziu as estruturas da raque (o eixo central da pena), das barbas (os fiapos que saem da raque) e, finalmente, das bárbulas, estruturas minúsculas que projetam-se a partir de cada barba.

Isso permitiu entender as propriedades estruturais das penas, por exemplo, como o lado de baixo de uma pena pode capturar o ar para prover sustentação, enquanto a parte de cima pode bloquear o ar quando é necessário deixar a gravidade assumir o controle.

Tarah constatou que as bárbulas ficam espaçadas de 8 a 16 micrômetros umas das outras em todas as aves, do beija-flor ao condor, sugerindo que o espaçamento é uma propriedade importante para o voo.

Para confirmar isso, ela construiu vários protótipos. "Acreditamos que essas estruturas podem servir de inspiração para um adesivo unidirecional interligado ou um material com permeabilidade direcionalmente adaptada," afirmou.

Estruturas artificiais reproduzindo em grande escala a estrutura microscópica de uma pena. [Imagem: UCSD]

Alometria e isometria

E, se for preciso usar um suporte para fixar as estruturas biomiméticas, a pesquisadora já tem uma solução. Ela estudou também os ossos das aves, descobrindo que o úmero, o osso longo das asas, é proporcionalmente maior do que se esperava. Usando equações da mecânica, ela conseguiu mostrar que isso acontece porque, como a força dos ossos das aves é limitada, ela não pode aumentar proporcionalmente com o peso da ave. Em vez disso, o osso precisa crescer mais rápido e ser maior para ser forte o suficiente para suportar as forças a que estará sujeito em voo.

Isso é conhecido como alometria - o crescimento de certas partes do corpo em taxas diferentes do corpo como um todo. O cérebro humano é alométrico: nas crianças, ele cresce muito mais rápido do que o resto do corpo. Por outro lado, o coração humano cresce proporcionalmente ao resto do corpo, o que é chamado de isometria.

Bibliografia:

Scaling of bird wings and feathers for efficient flight
Tarah N. Sullivan, Marc A. Meyers, Eduard Arzt
Science Advances
Vol.: 5, no. 1, eaat4269
DOI: 10.1126/sciadv.aat4269