A ciência imita os maravilhosos projetos da natureza

Crianças que começam a andar freqüentemente tropeçam e batem a cabeça. Quando ficam mais velhas, caem de árvores e de bicicletas. Jogadores dão trombadas em campo. Motoristas sofrem inúmeros acidentes de trânsito. Mas apesar dessas quedas, batidas e choques, na maioria das vezes escapamos sem ferimentos graves. Em geral, não damos muita importância à resistência e à flexibilidade de nosso corpo. Mas como os cientistas estão começando a descobrir, todo o nosso corpo revela um projeto brilhante.

NA NATUREZA é comum esta combinação de força, resistência e peso relativamente baixo. Plantinhas surgem em fissuras de concreto e de rochas e abrem grandes fendas à medida que crescem e se tornam árvores viçosas. As árvores, por sua vez, podem resistir a ventos que derrubam postes de transmissão de energia elétrica e casas. Quando furam a madeira, os pica-paus submetem a cabeça a forças que transformariam o cérebro de outras criaturas em mingau. O couro dos crocodilos e dos aligatores pode desviar lanças, flechas e até balas. (Note Jó 41:1, 26.) Há milhares de anos essas coisas deixam os humanos admirados e perplexos.

Nos últimos 40 anos, grandes avanços na tecnologia forneceram aos cientistas novos instrumentos para estudar os segredos por trás desses projetos, muitos dos quais estão ocultos no interior das células vivas. Nessa escala microscópica, a qualidade do projeto é realmente impressionante e a complexidade, admirável. O objetivo da ciência, porém, não é apenas revelar os segredos por trás dos notáveis materiais da natureza, mas copiá-los, pelo menos em sua concepção. Esse campo de estudo é tão promissor que resultou na criação de uma nova ciência chamada biomimética (do grego, bíos, que significa “vida” e mímesis, que significa “imitação”).

A biomimética promete um mundo melhor

“Biomimética é o estudo das estruturas biológicas [e] suas funções”, explica o livro Biomimetics: Design and Processing of Materials (Biomimética: Projeto e Processamento de Materiais). O livro acrescenta que o objetivo desse estudo é ‘estimular novas idéias e desenvolvê-las em sistemas sintéticos similares aos encontrados nos sistemas biológicos’.

O cientista Stephen Wainwright diz que a “biomimética sobrepujará a biologia molecular e a substituirá como a mais desafiadora e importante ciência biológica do século 21”. O professor Mehmet Sarikaya afirma: “Estamos no limiar de uma revolução de materiais equivalente à que houve na Idade do Ferro e à Revolução Industrial. Estamos entrando rapidamente numa nova era de materiais. Acho que, dentro de um século, a biomimética modificará significativamente nosso modo de vida.”

De fato, como veremos, ela já começou a modificar o nosso mundo. Mas primeiro vamos dar uma olhada em algumas maravilhas ainda incompreendidas que os cientistas tentam desvendar. Analisaremos também as grandes implicações por trás da palavra “projeto” e veremos como isso nos ajuda a entender o impressionante mundo que nos rodeia.

O que aprendemos dos projetos da natureza

“Muitas de nossas melhores invenções foram copiadas de outros seres vivos ou já são utilizadas por eles.” — Phil Gates, Wild Technology.

CONFORME mencionado no artigo anterior, o objetivo da ciência da biomimética é produzir materiais e máquinas mais complexos imitando a natureza. Os produtos da natureza em geral são flexíveis e leves, mas incrivelmente fortes, e são fabricados sem produzir poluição.

Por exemplo, proporcionalmente, o osso é mais forte que o aço. Qual é o segredo? Parte da resposta envolve seu formato bem projetado, mas a razão principal está mais além, no nível molecular. “O êxito dos organismos vivos se deve ao projeto e à montagem de seus menores componentes”, explica Gates. Observando esses componentes menores, os cientistas puderam isolar as substâncias que dão aos produtos naturais — do osso à seda — sua invejável força e leveza. Descobriram que essas substâncias são várias formas de compósitos naturais.

Compósitos milagrosos

Compósitos são materiais sólidos que resultam da combinação de duas ou mais substâncias para formar uma nova substância com propriedades superiores às dos ingredientes originais. Pode-se ilustrar isso com o compósito sintético conhecido como fibra de vidro, bastante usado em cascos de barco, varas de pescar, arcos, flechas e outros artigos esportivos.a Para fazer esse compósito, colocam-se fibras finas de vidro numa matriz líquida ou gelatinosa de plástico (chamado polímero). Quando o polímero endurece, o resultado é um compósito leve, forte e flexível. Variando-se os tipos de fibras e matrizes, é possível conseguir uma enorme variedade de produtos. Logicamente os compósitos feitos pelo homem ainda são toscos em comparação com os produzidos naturalmente por humanos, animais e plantas.

Nos humanos e animais, em vez de fibra de vidro ou de carbono, uma proteína fibrosa chamada colágeno é a base dos compósitos que aumentam a resistência da pele, dos intestinos, das cartilagens, dos tendões, dos ossos e dos dentes (exceto o esmalte).b Uma obra de referência descreve os compósitos à base de colágeno como figurando “entre os mais avançados compósitos estruturais conhecidos”.

Por exemplo, veja os tendões, que ligam os músculos aos ossos. Eles são notáveis, não só por causa da resistência de suas fibras de colágeno, mas também devido ao modo maravilhoso como elas estão entrelaçadas. No livro Biomimicry (Biomímica), Janine Benyus escreve que o tendão desenrolado “tem uma precisão quase inacreditável. O tendão do seu antebraço é um feixe retorcido de cabos, como aqueles usados numa ponte pênsil. Cada cabo é também um feixe de cabos mais finos, torcidos. Cada um desses cabos mais finos é um feixe retorcido de moléculas que são, naturalmente, conjuntos helicoidais, torcidos, de átomos. Em todos eles, nota-se a beleza matemática”. É, segundo ela, um feito “brilhante de engenharia”. Não é de surpreender que os cientistas se digam inspirados pelos projetos da natureza. — Note Jó 40:15, 17.

Como mencionado, os compósitos artificiais não chegam nem perto dos naturais. Mesmo assim, os produtos sintéticos são notáveis. De fato, estão alistados entre os dez feitos mais notáveis da engenharia nos últimos 25 anos. Por exemplo, devido aos compósitos de grafite ou fibra de carbono surgiu uma nova geração de peças de avião e de espaçonave, artigos esportivos, carros de Fórmula Um, iates e membros artificiais leves — só para mencionar alguns itens duma lista que cresce rapidamente.

Gordura de baleia — multifuncional e extraordinária

As baleias e os golfinhos não sabem disso, mas seu corpo é envolto por um tecido milagroso, a chamada gordura de baleia. “A gordura de baleia é talvez o material mais multifuncional que conhecemos”, diz o livro Biomimetics: Design and Processing of Materials. Explicando a razão, o livro diz que a gordura é um ótimo dispositivo de flutuação para ajudar a baleia a buscar ar na superfície. Fornece excelente isolamento contra o frio do oceano para esses mamíferos de sangue quente. E é também a melhor reserva possível de comida nos milhares de quilômetros que os animais migram sem se alimentar. De fato, proporcionalmente, a gordura tem de duas a três vezes mais energia do que a proteína e o açúcar.

Segundo o livro já mencionado, “a gordura também é um material muito flexível, semelhante à borracha”. “Calculamos que a reação da gordura, que é comprimida e esticada a cada movimento da cauda, talvez poupe até 20% da energia que o animal gasta para locomoção em períodos longos de nado contínuo.”

Há séculos as pessoas usam a gordura de baleia, mas só recentemente descobriu-se que cerca de metade do seu volume consiste numa trama complexa de fibras de colágeno que envolve o animal. Embora ainda estejam tentando descobrir como é que esse compósito gorduroso funciona, os cientistas acreditam que descobriram mais um produto extraordinário que teria muitas aplicações se fosse produzido sinteticamente.

Uma genial engenheira de oito pernas

Em anos recentes, os cientistas também têm estudado atentamente a aranha. Estão ansiosos para saber como ela produz a seda, que também é um compósito. É verdade que vários insetos produzem seda, mas a da teia de aranha é especial. Visto que é um dos materiais mais fortes da Terra, um escritor de assuntos científicos chamou-a de “material dos sonhos”. A teia de aranha é tão surpreendente que uma lista de suas propriedades parece inacreditável.

Por que os cientistas elogiam tanto a teia de aranha? Além de ser cinco vezes mais forte do que o aço, é também bastante elástica, uma combinação encontrada em poucos materiais. A teia de aranha estica 30% mais do que o náilon mais elástico. Mas não volta rápido como uma cama elástica, jogando, assim, longe a refeição da aranha. “Na escala humana”, diz a revista Science News, “uma teia parecida com uma rede de pescar poderia segurar um avião de passageiros”.

Se pudéssemos copiar a habilidade química da aranha — há duas espécies que produzem até sete variedades de seda —, imagine o que poderíamos fazer! Cintos de segurança muito melhores, suturas, ligamentos artificiais, linhas e cabos leves e tecidos à prova de bala, só para mencionar algumas possibilidades. Os cientistas também tentam entender como a aranha faz a seda de modo tão eficiente, sem usar produtos químicos tóxicos.

Caixas de câmbio e motores a jato naturais

Hoje, as caixas de câmbio e os motores a jato mantêm o mundo em movimento. Mas sabia que a natureza também nos supera nesses projetos? Um exemplo é a caixa de câmbio. Ela permite que você mude a marcha do veículo para usar o motor de modo mais eficiente. As caixas de câmbio naturais fazem o mesmo, mas não ligam motores a rodas. Ligam asas. E onde se encontram? Na mosca comum. Ela tem uma caixa de câmbio de três velocidades conectada às asas, o que lhe permite mudar a marcha em pleno vôo.

A lula, o polvo e o náutilo têm um tipo de propulsão a jato que os impulsiona na água. Os cientistas invejam esses jatos. Por quê? Porque são compostos de peças moles que não quebram, resistem a grandes profundidades e funcionam silenciosa e eficientemente. De fato, a lula pode se deslocar a 32 quilômetros por hora quando foge de predadores e “às vezes até pula para fora da água e cai no convés de navios”, diz o livro Wild Technology.

Em apenas alguns minutos de reflexão sobre a natureza, ficamos cheios de admiração e apreço. Na verdade, a natureza é um quebra-cabeça vivo que suscita uma pergunta atrás da outra: que maravilhas da química produzem a luz brilhante e fria do vaga-lume e de algumas algas? Como é que diversos peixes e sapos do Ártico, depois de ficarem congelados durante o inverno, se tornam ativos de novo quando descongelam? Como as baleias e focas ficam submersas por longos períodos sem aparelho de respiração? E como mergulham vez após vez a grandes profundidades sem sofrerem os efeitos da descompressão? Como é que o camaleão e a siba (sépia) mudam de cor para se confundir com o ambiente? Como é que beija-flores atravessam o golfo do México com menos de três gramas de combustível? Parece que a lista de perguntas poderia continuar indefinidamente.

Os humanos só podem observar e se admirar. Os cientistas desenvolvem um espanto “que beira a reverência” quando estudam a natureza, diz o livro Biomimicry.

[Quadro na página 5]

Uma mosca extinta ajuda a melhorar painéis solares

Enquanto visitava um museu, um cientista viu fotos de uma mosca extinta preservada em âmbar, noticiou a revista New Scientist. Ele notou uma rede de linhas paralelas nos olhos do inseto e suspeitou que elas talvez ajudassem a captar mais luz, em especial em ângulos bem oblíquos. Ele e outros pesquisadores começaram a fazer experiências e confirmaram seu palpite.

Os cientistas planejaram, então, reproduzir o mesmo padrão de linhas paralelas no vidro de painéis solares. Espera-se assim aumentar a energia gerada pelos painéis. Talvez se elimine também a necessidade dos caros sistemas de rastreamento que mantêm os painéis solares sempre voltados para o sol. Com painéis melhores, será possível usar menos combustível fóssil e assim poluir menos — um objetivo que vale a pena. Sem dúvida, descobertas como essa nos ajudam a entender que a natureza é um verdadeiro filão de projetos geniais só esperando para serem descobertos, entendidos e, se possível, copiados para propósitos úteis.

[Quadro na página 6]

Dar o crédito a quem merece

Em 1957, o engenheiro suíço George de Mestral notou que os carrapichos pequenos e resistentes que haviam ficado presos na sua roupa estavam cobertos por ganchinhos. Ele estudou os carrapichos e seus ganchos e logo sua mente criativa estava trabalhando a todo vapor. Passou os próximos oito anos desenvolvendo um equivalente sintético do carrapicho. Em pouco tempo, sua invenção já era usada no mundo inteiro e hoje é conhecida em toda a parte: o velcro.