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Natureza como inspiração tecnológica: já ouviu falar em Biomimética?

Ocasionalmente, um cientista passeando pelo mato, notou a presença de carrapichos em sua calça. De volta ao laboratório, observou os carrapichos no microscópio e teve a brilhante ideia de usá-los como inspiração para um novo substituto do fecho de roupa.


Se você pensou em velcro, é fato. Criado pelo engenheiro suíço Georges de Mestral após uma caminhada pelos Alpes, o velcro é um exemplo de tecnologia inspirada pela natureza, especificamente pelas sementes de plantas do gênero Acticum (Figura 1).



Figura. 1: Planta Acticum usada para a criação do velcro. Fonte: Razões Para Acreditar

A utilização proposital de princípios naturais no projeto de objetos criados pelo homem já pode ser vista nos trabalhos de Leonardo Da Vinci (1452-1519) que estudou teorias da aerodinâmica, observando e analisando o batimento das asas, o vôo planado, e o vôo em equipe das aves e o comportamento do vento no vôo de morcegos.


Os trabalhos de Mestral e Da Vinci são uns dos pioneiros sobre o uso de princípios biomiméticos e têm-se a utilização em diversos ramos, como na química, biologia, medicina, arquitetura, agricultura e no ramo de transportes.


Conceito de Biomimética


A biomimética, termo cunhado em 1997 por Janine Benyus, é a ciência que estuda os princípios criativos e as estratégias implementadas pela natureza, buscando respostas para problemas de função ou desempenho atuais da humanidade.


Procura-se simular (ou mimetizar) processos naturais assim reduzindo o uso de matéria, energia e recursos bióticos no processo produtivo, avançando num modelo que visa a cadeia produtiva circular, onde nada se perde, nada se cria, tudo se transforma.



Figura 2. Fonte: Joakin Kremer.

Invenções tecnológicas inspiradas em animais


1 - Olho artificial


Figura.3 Fonte: Inovação Tecnológica

As lagartixas e outros animais possuem em suas pequenas cabeças os tímpanos que mensuram como as ondas sonoras captadas externamente se movem e de onde elas vêm.

Soongyu Yi da universidade de Stanford se inspirou nesse mecanismo acústico criando um sistema semelhante de detecção miniaturizado que permitirá que câmaras minúsculas detectem a origem da luz e também o ângulo de incidência da luz que entra, algo que não é possível usando uma lente.


A detecção mais detalhada da luz pode alavancar avanços em câmeras sem lente, realidade aumentada e visão robótica, que é essencial para os carros autônomos.



2 - Construção Civil - Edifício Eastgate Center

Figura 4. Sistema de ventilação de cupinzeiros e edifício. Fonte: Raciocinio

Os cupinzeiros são estruturas complexas, chamados de maravilhas da engenharia, feitas de terra e saliva, podendo chegar a 6 metros de altura e paredes com cerca de 45 cm de espessura.


Os cupins conseguem estabilizar a temperatura pela construção de um sistema complexo de correntes de convecção que sugam o ar através da parte inferior dos montes, levando-o a galerias inferiores com paredes úmidas, para em seguida subir por um túnel, direto ao topo. Os cupins estão constantemente cavando novos túneis e fechando antigos, de forma a regular a temperatura, aquecendo ou resfriando.


O edifício Eastgate foi projetado pelo arquiteto Mick Pearce, inspirado na estrutura complexa de ventilação dos cupinzeiros e possui um sistema contemporâneo de ar condicionado ou aquecimento, mantendo-se ao longo de todo ano a regulação da temperatura. O edifício inteiro consome menos de 10% da energia que um prédio convencional de um mesmo tamanho.



3 - Adesivo Gecko Tape

Figura 4. Estruturas ampliadas das patas de uma lagartixa. Fonte: Research Gate.

Os répteis da família Gekkonidae, popularmente conhecidos como lagartixas ou “geckos”, possuem grande habilidade de escalação e de adesão à superfícies secas, suportando o peso do seu corpo em uma única pata. O segredo desse mecanismo está nas cerdas microscópicas presentes em suas patas que permitem a esses animais essa adesão, através da força física Van der Wall.


Engenheiros da Universidade da Califórnia, estudaram esse mecanismo e criaram a fita nanotecnológica Gecko Tape com alto poder abrasivo que permite a fixação de objetos pesados à parede ou ao teto com muita facilidade. A pressão para retirada do adesivo deve ser feita em direção oposta à da fixação. Tudo isso inspirado nesse animalzinho.


4 - Ecolâmpadas


Figura 5. Vagalume. Fonte: Abril

Os vagalumes e algumas espécies de besouros possuem enzimas, chamadas luciferases, que conferem a eles a capacidade de emitir luz fria e visível (bioluminescência) pela parte posterior de seu abdômen.


Inspirados na nanoestrutura da lanterna abdominal desses insetos, engenheiros sul coreanos do Departamento de Bioengenharia do Korea Advanced Institute of Science of Technology criaram uma lâmpada de LED alternativa.


Descobriram que a lanterna de um vagalume conta com uma pequena superfície de telhas, o que reduz a diferença entre o índice de refração de seu corpo e do ambiente externo, permitindo o aumento de quantidade de luz emitida em 60%. Nessa inspiração, retiraram também um caro componente existente em lâmpadas comuns, o que permitirá um LED mais eficiente e de baixo custo.


5 - Amortecedores Hi-tech


Figura 6. Tomografia da cabeça de um pica-pau. Fonte: Revista Galileu

Sabemos que as aves popularmente conhecidas como pica-paus (Picidae) têm esse nome devido ao hábito de bater em troncos de árvores perfurando-o para capturar insetos com a língua importantes em sua alimentação. Essas aves conseguem evitar danos ao crânio e ao cérebro e o segredo está em sua anatomia complexa que evoluiu para tal fim. Uma cabeça de pica-pau suporta desacelerações de até 1200g enquanto bica um tronco até 22 vezes por segundo.


Cientistas Sang-Hee Yoon e Sungmin Park, da Universidade da Califórnia estudaram o movimento do animal, por tomografia computadorizada da cabeça e pescoço. Os estudos identificaram quatro estruturas que funcionam como um sistema de absorção ao choque mecânico:


  1. Presença do osso hióide para suporte à língua que se estende por toda circunferência do crânio diminuindo o espaço entre seu cérebro e o crânio, o que impede o seu deslocamento;

  2. Cérebro mais longo verticalmente do que horizontalmente, fazendo a força exercida contra o crânio ser distribuída por uma área maior do cérebro;

  3. Presença de área com osso esponjoso;

  4. Presença de líquido cefalorraquidiano.


Para testar esse sistema, Yoon e Park colocaram um microchip dentro de uma bala com estrutura baseada no pica-pau e usaram uma carabina para atirar em parede de alumínio. Após o experimento o circuito eletrônico ficou protegido, aguentando choques de até 60.000g. Graças a descoberta das propriedades da anatomia dessa ave, as caixas pretas de aviões resistem a choques de até 1000g.


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REFERÊNCIAS

JACOBI, PEDRO ROBERTO; GIATTI, LEANDRO. INOVAÇÃO E SUSTENTABILIDADE. Ambient. soc., São Paulo, v. 20, n. 4, p. I-IV, Dec. 2017


Yi, S., Zhou, M., Yu, Z. et al. Fotodetectores com sensor de ângulo de comprimento de onda inspirados na audição direcional em pequenos animais. Nature Nanotech 13, 1143–1147 (2018).


Marques de Sá, Alice. (2018). DESIGN, INOVAÇÃO E ESTRATÉGIAS NATURAIS: Aplicações de Princípios Biomiméticos e Biofílicos em Projetos Criativos - Vol. Projeto de Produto. 10.13140/RG.2.2.17981.31204.


University of California, Berkeley. "Climbing The Walls? New Adhesive Mimics Gecko Toe Hairs." ScienceDaily. ScienceDaily, 30 January 2008.


Jae-Jun Kim, Jaeho Lee, Sung-Pyo Yang, Ha Gon Kim, Hee-Seok Kweon, Seunghyup Yoo, and Ki-Hun Jeong. Biologically Inspired Organic Light-Emitting Diodes. Nano Letters 2016 16 (5), 2994-3000.DOI: 10.1021/acs.nanolett.5b05183


Paul Marks. Woodpecker inspires shock absorbers. New Scientist, Volume 209, Issue 2798,2011, pg. 21.


Ana Carolina Bitar Silva; Bruno Silva Assis; Erick Guimarães Silva; Kamala Karine Darc; Kelly A. Ferreira de Faria; Otorino Otaviano Neto; Sérgio Oliveira Martins Lage; Miriam Cristina Pontello Barbosa Lima. SÉCULO XXI CUPINZEIRO: ESTRUTURA E CONSTRUÇÃO SUSTENTÁVEL. Belo Horizonte, v. 4, n. 2 – Edição Especial Interdisciplinaridade. p. 75-85. (2011). Editora UniBH.




Sobre a autora: Isabella Parreira dos Santos, graduanda em Ciências Biológicas/Bacharelado - UFU, amante da herpetofauna.

Contato: · psisabella@outlook.com @parreira.isa








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