No campo florescente da biomimética, em que engenheiros, pesquisadores e arquitetos olham para o mundo biológico em busca de respostas para problemas comuns de design, 2014 se revelou um ano rico para inovações em robótica, tecnologia verde e medicina. Cientistas e engenheiros reconheceram oficialmente o valor de aplicar características selecionadas evolutivamente a difíceis desafios de design e desenvolveram um grande número de novas tecnologias inspiradas em organismos vivos. De polvos robóticos a células solares tipo olho de mariposa, a biomimética moldou a maneira como os desafios da engenharia eram enfrentados, anunciando uma grande promessa para o futuro da tecnologia.
Olhar para a natureza em busca de inspiração para o design não era um conceito novo. Durante o Renascimento italiano, o inventor Leonardo da Vinci estudou uma variedade de animais voadores em sua busca para criar uma máquina de vôo movido a energia humana. Inspirado pelas asas membranosas dos morcegos e seus movimentos únicos, Leonardo moldou as asas de seu “ornitóptero” usando uma moldura de pinho coberta por seda fina; as asas se torceram enquanto batiam. Embora a engenhoca nunca tenha voado, o projeto de Leonardo foi claramente uma tentativa de imitar os feitos da natureza que ele observou com tanto entusiasmo. Da mesma forma, o engenheiro suíço George de Mestral encontrou inspiração em 1941 nas rebarbas tenazes que se prendiam em sua jaqueta de caça e no pelo de seu cachorro. O mecanismo de engate eficiente das rebarbas levou, em última análise, à criação do sistema de fecho de velcro conhecido como Velcro.
A biomimética moderna é possibilitada pela evolução - o mecanismo pelo qual a natureza classifica e testa incontáveis protótipos para encontrar adaptações adequadas para uma determinada população de organismos. As pressões seletivas colocam cada variação no teste final: a sobrevivência. Se uma característica não permite que um organismo compita, explore recursos e se reproduza, é eliminada da população. Com isso em mente, a bióloga Janine Benyus cunhou o termo biomiméticaem 1997 pela ideia de que os humanos podem e devem tomar emprestados os designs testados fornecidos pelo mundo natural. A biomimética permite que engenheiros e pesquisadores explorem os sucessos da evolução e os apliquem para atender às demandas do ambiente humano. Em vez de tentar resolver os desafios de design do zero, os cientistas podem buscar ideias nos resultados testados e comprovados da natureza.
Biomimicry in Medicine.
A biomimética possibilitou vários desenvolvimentos fascinantes no campo médico. Pesquisadores da Universidade do Texas em Austin analisaram o mecanismo de audição da mosca parasita Ormia ochracea para desenvolver um minúsculo aparelho auditivo hipersensível em 2014. Equipado com ouvidos especializados, O. ochracea é capaz de seguir os sons dos pios de críquete para aprimorar indivíduos para parasitar. Em humanos, os sons chegam a um ouvido ligeiramente antes de chegarem ao outro, permitindo ao cérebro discernir a direção de onde os sons emanaram. As orelhas das moscas são tão pequenas e tão próximas que os sons chegam em ambas as orelhas quase ao mesmo tempo. Para compensar, os tímpanos de O. ochraceasão conectados por uma estrutura semelhante a uma gangorra, o que amplifica as pequenas diferenças nos tempos de chegada dos sons e permite ao inseto localizar com precisão sua presa. Os pesquisadores copiaram esse mecanismo de gangorra para criar um dispositivo minúsculo que poderia ser usado na próxima geração de aparelhos auditivos ou para criar microfones adaptáveis que focam em sons ou conversas específicas.
Parasitas também serviram de inspiração para novas microagulhas cirúrgicas usadas para prender enxertos de pele. Semelhante à cabeça de Pomphorhynchus laevis , um verme intestinal parasita, as pontas dessas pequenas agulhas incham quando em contato com a água. Esse recurso permite que os vermes e as agulhas grudem no tecido mole com o mínimo de dano e infligam pouco trauma ao tecido ao desinflar e se separar dele. Os cientistas descobriram que essas microagulhas eram facilmente reversíveis e que proporcionavam uma adesão três vezes mais forte do que os grampos cirúrgicos convencionais.
A biomimética também foi usada para combater o aumento de bactérias resistentes a medicamentos em hospitais e outras instalações médicas. Tendo observado que os tubarões são menos vulneráveis a cracas e algas do que muitos outros organismos marinhos, os pesquisadores descobriram texturas microscópicas na pele de tubarão que inibiram significativamente o crescimento desses organismos e, surpreendentemente, de várias bactérias responsáveis por infecções hospitalares. Os pesquisadores copiaram essas texturas para criar uma pele de tubarão sintética que poderia ser aplicada a uma variedade de superfícies, desde dispositivos médicos a teclados de computador, para prevenir o crescimento de bactérias prejudiciais.
Biomimética em Robótica.
A biomimética levou ao desenvolvimento de uma série de formas robóticas inovadoras. Em 2014, um grupo de pesquisadores italianos iniciou o processo de patentear um robô multiarmed flexível inspirado em polvos. Tradicionalmente, os robôs eram limitados por suas formas angulares e corpos rígidos, fatores que reduziam sua funcionalidade. O polvo robótico, que era capaz de nadar e rastejar sobre e ao redor de obstáculos, tinha o corpo mole e seis braços flexíveis para agarrar e manipular objetos. Para nadar, alguns de seus apêndices flexíveis forneciam impulso, enquanto outros forneciam estabilidade. Com o desenvolvimento, esses robôs poderiam ser usados em exploração em alto mar e em operações de busca e resgate.
Da mesma forma, engenheiros da Universidade da Virgínia estavam construindo o “Mantabot”, um robô nadador de corpo mole inspirado por arraias e raias manta. Raios são nadadores poderosos e são capazes de planar por longas distâncias para conservar energia. O Mantabot, equipado com aletas flexíveis em forma de asa feitas de silicone e plástico, foi moldado a partir de uma arraia cownose real. Sua natação eficiente imitava os raios reais e poderia ser usada para coletar dados marinhos para cientistas ou conduzir vigilância subaquática para militares.
Biomimicry in Green Technology.
A tecnologia verde também se beneficiou do aumento nas aplicações de biomimética. Em 2014, pesquisadores suíços publicaram um artigo anunciando um novo tipo de célula solar inspirada nos olhos de mariposas de jardim. Para ver à noite e evitar a atenção de predadores, os olhos das mariposas são altamente eficientes na absorção de luz. Usando partículas de óxido de tungstênio cobertas com óxido de ferro, os cientistas foram capazes de imitar a maneira como os olhos das mariposas absorvem quase toda a luz incidente e, assim, criam células solares altamente eficientes. Ao absorver a luz que outras células solares refletem, essas células inspiradas em mariposas tinham grande potencial para o avanço da tecnologia solar.
Em um esforço para reduzir o número significativo de pássaros mortos por colisões com janelas que refletiam o céu aberto, cientistas de biomimética buscaram inspiração em teias de aranha. A seda da aranha é ultravioleta (UV) refletiva e, embora essa característica seja quase imperceptível para humanos e muitos insetos, ela atua como um impedimento eficaz para pássaros e, portanto, protege as teias de serem destruídas. Os cientistas imitaram esse recurso para criar um vidro à prova de pássaros que foi incorporado com faixas de material reflexivo de UV em padrões que se assemelhavam a teias de aranha. Com uma estimativa de 100 milhões a um bilhão de pássaros morrendo a cada ano nos Estados Unidos devido a colisões de janelas, a capacidade do vidro seguro para pássaros de reduzir drasticamente a mortalidade de pássaros prometia ser um avanço ambientalmente correto.
Dada a incrível diversidade da vida, os pesquisadores de biomimética tinham um suprimento aparentemente infinito de organismos e adaptações de onde se inspirar. A biomimética levou a uma coleção incrível de avanços tecnológicos, que vão desde garrafas de água com autopreenchimento que imitam besouros do deserto a tintas autolimpantes inspiradas em folhas de lótus hidrofóbicas. Partindo do princípio de que a humanidade pode preservar a biodiversidade que impulsiona a biomimética, o campo promete continuar a gerar soluções inovadoras. Ao observar as características que a evolução testou rigorosamente ao longo de milênios, a biomimética permitiu que engenheiros e cientistas “aprendessem com os mais velhos” e usassem os sucessos da natureza para informar o design e a tecnologia.
Melissa Petruzzello
