Asa bioinspirada abre, trava e fecha sem usar energia

Redação do Site Inovação Tecnológica 

Asa da tesourinha (Dermaptera), com sua incrível capacidade de dobra. [Imagem: Jakob Faber/ETH Zurich]

Asa biomimética

Todos conhecem o origami como a arte japonesa das dobraduras em papel, mas existem exemplos de origami também no mundo natural. A asa de uma tesourinha, por exemplo, é uma ilustração perfeita: seu elaborado desenho é muito mais engenhoso do que qualquer estrutura feita pelo homem.

Quando aberta, a asa da tesourinha torna-se 10 vezes maior do que quando fechada - uma das mais altas taxas de dobraduras no reino animal. A grande área da asa permite que o inseto voe, enquanto sua forma compacta, quando as asas se retraem, permite que a criatura se infiltre pelo subsolo sem danificar as asas.

O design da asa desse inseto tem outro recurso exclusivo: Em seu estado aberto, a asa "trava", permanecendo rígida sem necessidade de força muscular para garantir estabilidade. Igualmente, com apenas um "clique", a asa se dobra completamente, novamente sem atuação muscular.

Agora, a equipe do professor André Studart, um brasileiro que atualmente trabalha no Instituto Federal de Tecnologia de Zurique, na Suíça, conseguiu criar uma estrutura artificial que funciona sob o mesmo princípio - o pesquisador é natural de Brasília e se formou em Ciência e Engenharia de Materiais pela Universidade Federal de São Carlos, no interior de São Paulo.

André afirma que o modelo artificial biomimético poderá ter diversos usos, dos robôs e drones, à eletrônica de vestir e até na exploração espacial.

Mola de dupla função

A análise da asa da tesourinha mostrou que, se a asa operasse no princípio clássico do origami - usando dobras rígidas e retas com uma soma angular de 360 graus em suas interseções - o inseto só seria capaz de dobrar sua asa até um terço de seu tamanho. O fator crucial no projeto da asa do inseto são suas dobras elásticas, que podem funcionar de forma dupla, como uma mola extensora ou rotacional.

As juntas das asas artificiais foram feitas de camadas de um biopolímero elástico especial, a resilina, cuja disposição e espessura determinam o tipo de mola. Em alguns casos, as funções de extensão e rotação são combinadas na mesma junta.

As funções de mola nas dobras de conexão foram programadas no material para permitir que ele faça movimentos de extensão ou rotacional, imitando o modelo biológico.

Este é um dos modelos biomiméticos construídos pela equipe. [Imagem: Jakob Faber/ETH Zurich]

Eletrônica de vestir e velas solares

Os protótipos mostraram que essas estruturas de origami bioinspiradas, com travamento automático, economizam espaço, peso e energia, já que não requerem atuadores ou estabilizadores adicionais.

Uma aplicação potencial seria na eletrônica dobrável, das peles eletrônicas aos aparelhos de vestir. As viagens espaciais também têm a ganhar com esse projeto: Velas solares para satélites ou sondas espaciais poderiam ser transportadas dentro de um espaço muito pequeno e, em seguida, desfraldadas até seu tamanho total já no espaço.

Bibliografia:

Bioinspired spring origami
Jakob A. Faber, Andres F. Arrieta, André R. Studart
Science
Vol.: 359 Issue 6382
DOI: 10.1126/science.aap7753