Por séculos, engenheiros têm se voltado para a natureza em busca de inspiração. Leonardo da Vinci sonhava com máquinas planadores que imitariam pássaros. Hoje, o estudo minucioso de animais e plantas está levando a invenções como baterias flexíveis e robôs que andam sobre a água.

Cassandra Donatelli, bióloga da Universidade de Washington, Tacoma, e autora de uma recente revisão do crescente campo da “bioinspiração”, atribui essa tendência a novas ferramentas sofisticadas e a um novo espírito de colaboração.

“É enorme”, diz ela. “Temos um laboratório de biomecânica aqui onde temos seis ou sete engenheiros e dez biólogos. Estamos todos fisicamente no mesmo prédio, trabalhando juntos.”

Apesar de sua promessa, o futuro da bioinspiração é incerto. O governo Trump propôs cortar o orçamento de pesquisa da Fundação Nacional de Ciência em 55%, direcionando os fundos restantes para alguns campos como inteligência artificial e computação quântica. A bioinspiração, que prosperou com esse financiamento, pode perder espaço.

“Esse trabalho sofrerá com as novas prioridades da NSF”, diz Duncan Irschick, biólogo da Universidade de Massachusetts. “Sinceramente, eu me preocupo em entregar o manto da pesquisa bioinspirada para a China.”

Aqui estão algumas invenções, tanto novas quanto históricas, que se inspiraram na criatividade da natureza.

O VELCRO DA NATUREZA

  • Pequenos ganchos nas sementes da planta Bardana ajudam as sementes a se espalhar em pelos e roupas.

  • Esta descoberta levou um engenheiro a inventar o Velcro.

Em 1941, o inventor suíço George de Mestral saiu para uma caçada. No caminho, sementes de bardana grudaram em suas calças e no pelo de seu cachorro. Curioso sobre o poder de aderência, de Mestral colocou as sementes sob um microscópio. Ele viu milhares de pequenos ganchos. A visão o levou a imaginar um novo tipo de fechamento, que não dependeria de nós ou cola.

Alguns anos depois, De Mestral descobriu uma substância que poderia tornar essa ideia real: o nylon. A fibra sintética poderia ser permanentemente dobrada em forma de gancho. De Mestral descobriu que os ganchos de nylon facilmente se prendiam ao tecido e podiam ser destacados. Em 1955, ele registrou a patente de sua invenção, que chamou de velcro, uma combinação das palavras francesas “velour” (“veludo”) e “crochet” (“ganchos”).

BICOS DE VELOCIDADE

  • O bico do martim-pescador ajuda o pássaro a mergulhar na água para capturar presas.

  • Trens com um perfil semelhante permanecem silenciosos em altas velocidades.

Quando engenheiros no Japão criaram uma frota de trens de alta velocidade nas décadas de 1980 e 1990, eles também criaram alguns problemas inesperados. Um trem viajando por um túnel comprimia o ar à sua frente. Quando a onda de pressão atingia a saída do túnel, criava uma explosão sônica.

Um engenheiro chamado Eiji Nakatsu procurou uma maneira de tornar os trens silenciosos. “A questão então me ocorreu —existe algum ser vivo que administra mudanças repentinas na resistência do ar como parte da vida diária?”, lembrou Nakatsu em uma entrevista de 2005.

Nakatsu não era apenas um engenheiro, mas também um ávido observador de pássaros. Enquanto ponderava a questão, o martim-pescador veio à mente. Quando o pássaro mergulha em alta velocidade para capturar peixes, seu bico desliza na água sem fazer respingos.

Então Nakatsu e seus colegas construíram motores de trem com extremidades dianteiras arredondadas e afiladas. Seu formato de bico de martim-pescador reduziu a pressão do ar nos túneis em 30%, tornando os trens mais silenciosos e eficientes, mesmo quando viajavam mais rapidamente através dos túneis.

FLUXO DE BALEIA

  • Protuberâncias nas bordas das nadadeiras das baleias ajudam os animais a nadar em círculos apertados.

  • Protuberâncias inspiradas nas baleias melhoram o design de cascos de navios e pás de turbinas eólicas.

Na década de 1990, Frank Fish examinou de perto as grandes protuberâncias que cobrem a borda frontal das nadadeiras das baleias-jubarte. Fish, biólogo da Universidade de West Chester na Pensilvânia, e seus colegas descobriram que esses tubérculos melhoram significativamente o desempenho das baleias, mantendo a água fluindo suavemente sobre suas nadadeiras, gerando sustentação extra.

Fish e seus colegas patentearam sua descoberta, que desde então foi adotada por engenheiros para melhorar uma longa lista de dispositivos. Os tubérculos prolongam a vida útil das pás de turbinas eólicas, por exemplo, e tornam os ventiladores industriais de teto mais eficientes. Eles podem até ser encontrados em quilhas de pranchas de surf e espelhos de caminhões.

ADESIVOS DE LAGARTIXA

  • As lagartixas podem escalar superfícies lisas, graças a dedos incrivelmente aderentes.

  • Isso inspirou a criação de adesivos que se fixam firmemente e depois se soltam sem causar danos.

O pé de uma lagartixa é coberto por meio milhão de pequenos pelos, cada um dos quais se divide em centenas de ramificações. Quando uma lagartixa bate o pé em uma parede, muitas das ramificações pressionam firmemente contra a superfície. Cada ramificação cria uma fraca atração molecular com a parede, e juntas geram uma força poderosa, mas a lagartixa pode facilmente retirar seu pé em um milissegundo.

Irschick e seus colegas criaram um tecido que imita essas forças, que chamaram de Geckskin. Um pedaço do tamanho de um cartão de visita pode sustentar 320 quilos em uma superfície de vidro e ser movido sem deixar vestígios.

UM REPELENTE VERDE

  • Plantas carnívoras têm bordas escorregadias que capturam insetos.

  • A mesma física levou a metais e plásticos que resistem à poeira e outros contaminantes.

As plantas carnívoras se alimentam de insetos que rastejam na borda de suas folhas em forma de jarro. A borda é extremamente escorregadia, fazendo com que as presas percam o equilíbrio e caiam em uma piscina de enzimas digestivas.

Pesquisadores descobriram que, quando a chuva e o orvalho se acumulam na planta, saliências e sulcos microscópicos puxam a água para formar uma película que gruda nas pernas dos insetos. Os insetos lutam por tração e acabam nadando —e caindo.

Em 2011, Joanna Aizenberg, engenheira da Universidade Harvard, e seus colegas criaram materiais com padrões de plantas carnívoras em sua superfície, e estes também se mostraram escorregadios. Uma empresa cofundada por Aizenberg vende revestimentos que impedem que fluidos pegajosos entupam tubulações e tintas que repelem cracas dos cascos de navios.

ESCUDOS DE CAMARÃO

  • Os camarões-louva-a-deus podem quebrar conchas de moluscos com segurança usando suas garras.

  • Engenheiros estão imitando a mecânica para projetar materiais absorventes de choque.

O camarão-louva-a-deus tem um par de membros estranhos chamados clavas dáctilo que se parecem um pouco com luvas de boxe. Ele usa as clavas para dar socos impressionantes com uma força igual à de uma bala de calibre .22 —o suficiente para quebrar conchas. Os cientistas há muito se perguntam por que esses impactos não quebram a própria clava dáctilo.

No processo evolutivo, o camarão-louva-a-deus ganhou um exoesqueleto de complexidade surpreendente. Suas clavas dáctilo são compostas de camadas de fibras; algumas formam padrões em espinha de peixe, enquanto outras são feitas de feixes em forma de saca-rolhas. Essas camadas desviam a energia de um soco, impedindo que ela se espalhe e cause danos.

Em maio, pesquisadores do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia relataram a criação de uma versão artificial dessas camadas absorventes de choque. Quando pequenas esferas de sílica foram disparadas contra o material a 1.600 km/h, ele amassou, mas não rachou. Os pesquisadores preveem o uso do material para fazer escudos leves para naves espaciais, para protegê-las de pequenos meteoroides.

ROBÔS INSETOS DE SUPERFÍCIE

  • Os insetos de superfície deslizam pela superfície de riachos, graças a pelos em forma de leque em seus pés.

  • Seguindo um princípio semelhante, engenheiros projetaram um robô que anda sobre a água.

Os insetos de superfície têm aproximadamente o tamanho de um grão de arroz. Eles flutuam na superfície de riachos espalhando suas pernas sobre a água —mas também podem se mover com velocidade surpreendente, aproximadamente 120 comprimentos corporais por segundo. Em escala humana, isso se traduziria em 640 km/h.

O segredo está no final do par central de pernas. Quando um inseto de superfície os mergulha na água, a tensão superficial faz com que franjas rígidas nas extremidades se abram em apenas 10 milissegundos, e os leques se tornam remos. No final de cada movimento, quando o inseto levanta esses remos da água, os leques se fecham.

Em agosto, Victor Ortega-Jiménez, biólogo da Universidade da Califórnia, Berkeley, e sua equipe anunciaram que, seguindo esses princípios, construíram pequenos robôs que andam sobre a água, fazem curvas rápidas e freiam bruscamente. E como a água força a abertura e o fechamento dos leques, os Rhagabots —nome derivado de Rhagovelia, o nome latino para insetos de superfície— requerem pouca energia de suas baterias internas.

ENERGIA DE ENGUIA

  • Enguias elétricas atordoam suas presas com choques poderosos produzidos por um tecido de alta voltagem.

  • Baterias flexíveis, inspiradas na anatomia da enguia, poderiam ser fontes de energia seguras para implantes médicos.

As descargas paralisantes de eletricidade que uma enguia elétrica libera surgem de um tecido que envolve o corpo do animal. O tecido contém milhares de camadas de células, que são intercaladas por camadas de fluido. As células bombeiam átomos carregados para o fluido, criando uma bateria biológica.

Michael Mayer, biofísico da Universidade de Fribourg, na Suíça, e seus colegas estão trabalhando para imitar os órgãos elétricos de enguias elétricas e outros peixes. Uma bateria biologicamente inspirada poderia oferecer grandes vantagens sobre as convencionais. Elas poderiam ser fontes de energia mais seguras para implantes médicos, por exemplo, porque funcionariam com compostos orgânicos em vez de produtos químicos tóxicos.

A equipe construiu protótipos em forma de lentes de contato a partir de géis macios e flexíveis. Mayer espera um dia implantar as baterias com as mesmas proteínas que as enguias elétricas usam para mover átomos carregados.

“Construir tudo isso para que realmente faça a mesma coisa que no peixe está atualmente além do nosso alcance”, diz Mayer. “Acho que isso está longe no futuro, mas o projeto já foi muito mais longe do que eu pensava que iria.”