Cauda de cavalos-marinhos pode ser a chave para o surgimento de nova geração de robôs

Pode ser que você nunca tenha parado para pensar, mas os cavalos-marinhos são um dos poucos animais que possuem caudas em forma de prisma, ao contrário do resto do reino animal, que têm caudas cilíndricas. Um grupo de cientistas decidiu investigar por que isso acontecia e acabou descobrindo que o motivo pode ser útil até para o mundo da robótica.

As descobertas do engenheiro mecânico Michael Porter, da Universidade Clemson, a respeito das virtudes de uma cauda quadrada, que foram publicadas na edição desta sexta-feira (3) da revista científica Science, podem ajudar engenheiros a desenvolver robôs que possam apertar, agarrar, torcer e suportar pressão mecânica com muito mais eficiência do que as máquinas atuais.

Dos macacos e roedores até cobras, salamandras e lagartos, as caudas cilíndricas dominam o mundo animal. Mas o cavalo marinho, que nada mais é do que um peixe que não nada muito bem, sempre foi uma exceção na natureza. O rabo do cavalo marinho é composto por 36 placas quadrangulares, grudadas na vertebra do bicho por meio de camadas grossas de tecido conjuntivo, cada vez menores ao longo do comprimento da cauda.

Porter, cujo grupo de pesquisa desenvolve novas estruturas mecânicas baseada em modelos biológicos, é fascinado pela geometria única do rabo do cavalo-marinho. Enquanto estudava o esqueleto do cavalo-marinho nos tempos de estudante, ele descobriu que os ossos são compostos por apenas 40% de minerais, mais uma quantidade surpreendentemente grande de proteína e outros compostos orgânicos. Quando aplicou essas estruturas a testes de pressão, ele descobriu que o tecido conjuntivo entre as placas de ossos e os músculos da cauda conseguia aguentar a pressão, protegendo a vertebra do animal.

Para aprender mais sobre a física por trás das propriedades mecânicas da cauda, a equipe de Porter imprimiu um modelo 3D do esqueleto do cavalo-marinho. Os cientistas também imprimiram caudas cilíndricas e prismáticas, sem esses segmentos de tecido. Cada um desses modelos foi submetido a uma bateria de testes desenvolvidos para avaliar sua força e flexibilidade.

Um dos principais usos que os cavalos marinhos fazem de suas caudas é agarrar algas ou corais. Caudas usadas para ancoragem precisam ser capazes de girar e entortar facilmente, sem esticarem demais. Ao testar os diferentes tipos de caudas, os pesquisadores descobriram que as caudas quadrangulares retornavam a sua forma original mais rapidamente do que as caudas redondas, e gastavam menos energia para fazer isso. As placas da cauda também interferem entre si quando estão se entortando, o que ajuda a proteger a medula espinhal do cavalo-marinho. 

A equipe de Porter espera que essas descobertas possam ajudar engenheiros a construir novas e melhores máquinas. "Engenheiros humanos tendem a construir coisas que são rígidas para que elas possam ser facilmente controladas", afirma Ross Hatton, coautor do estudo. "Mas a natureza cria coisas fortes o suficiente para não quebrar, e então flexíveis o bastante para fazer uma grande variedade de tarefas."

Entre as aplicações que podem se beneficiar estão aparelhos robóticos para medicina, indústrias, resgate de pessoas ou qualquer outra atividade que exija resistência e flexibilidade.

Fonte: UC San Diego