{"id":797,"date":"2010-02-12T16:01:10","date_gmt":"2010-02-12T19:01:10","guid":{"rendered":"http:\/\/scienceblogs.com.br\/chivononpo\/2010\/02\/nas_pegadas_da_natureza\/"},"modified":"2010-02-12T16:01:10","modified_gmt":"2010-02-12T19:01:10","slug":"nas_pegadas_da_natureza","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.blogs.unicamp.br\/chivononpo\/2010\/02\/12\/nas_pegadas_da_natureza\/","title":{"rendered":"Nas pegadas da natureza"},"content":{"rendered":"
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[ Livremente traduzido de <\/a>Following in the Footsteps of Nature <\/a>]<\/p>\n

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Pesquisadores chegam um passo mais perto da natureza com o desenvolvimento de pol\u00edmeros e ades\u00e3o direcional que seguem o modelo das patas de uma lagartixa<\/strong><\/p>\n\n\n\n
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\n\"Video\navailable\"
\nVeja aqui o v\u00eddeo<\/a><\/p>\n

Pesquisadores finanaciados pela NSF colaboraram para o desenvolvimento de um adesivo sint\u00e9tico “tipo lagartixa”.
\nCr\u00e9dito e imagem ampliada<\/a><\/p>\n

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9 de fevereiro de 2010<\/strong><\/p>\n

A nanotecnologia n\u00e3o s\u00f3 aproximou a natureza da engenharia, como tamb\u00e9m encorajou a colabora\u00e7\u00e3o entre pesquisadores de diferentes disciplinas. Em uma dessas colabora\u00e7\u00f5es, dois pesquisadores exploraram a extraordin\u00e1ria capacidade de grudar dos p\u00e9s das lagartixas para desenvolver um adesivo sint\u00e9tico para ajudar robos a escalar paredes.<\/p>\n

Os pesquisadores financiados pela NSF Mark Cutkosky, engenheiro da Universidade Stanford, e Kellar Autumn, um bi\u00f3logo do Lewis and Clark College, trabalharam em conjunto para desenvolver um adesivo sint\u00e9tico “tipo lagartixa” que funciona da mesma forma que as cerdas nas patas das lagartixas para aplica\u00e7\u00f5es em aparelhos escaladores. A equipe descobriu os princ\u00edpios de f\u00edsica fundamentais por tr\u00e1s da adesividade das lagartixas que permitiu a inven\u00e7\u00e3o de uma nano-estrutura adesiva.<\/p>\n

A inspira\u00e7\u00e3o veio da lagartixa Tokay, uma das lagartixas maiores e mais pesadas.<\/p>\n

“O desafio era simplesmente levar os robos a um lugar onde jamais tinham estado, por exemplo, escalando paredes de edif\u00edcios”, descreve Cutkosky. “Se os robos puderem escalar superf\u00edcies verticais, eles poder\u00e3o ser usados na inspe\u00e7\u00e3o de edif\u00edcios, pontes e outros locais de dif\u00edcil acesso”.<\/p>\n

Cutkosky recebeu uma verba de pesquisa no valor de US$ 1 milh\u00e3o da National Science Foundation, ao longo de quatro anos, para desenvolver o primeiro adesivo “tipo lagartixa” (gecko-like synthetic adhesive = GSA) que funciona de forma igual \u00e0s verdadeiras cerdas de lagartixas. Autumn recebeu dois financiamentos para a cont\u00ednua pesquisa sobre a adesividade das lagartixas. A equipe de Cutkosky trabalhou em conjunto com Kellar Autumn e seu laborat\u00f3rio de lagartixas para estabelecer se um adesivo sint\u00e9tico poderia ser empregado em robos.<\/p>\n

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O p\u00e9 de uma lagartixa tem um sofisticado sistema de ades\u00e3o que emprega for\u00e7as de van der Waals.
Cr\u00e9dito e imagem ampliada<\/a>\n<\/p>\n<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

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“A coopera\u00e7\u00e3o com o grupo de Mark foi incrivelmente produtiva. Com base nas medi\u00e7\u00f5es das micro-for\u00e7as, n\u00f3s estabelecemos a hip\u00f3tese de que uma a\u00e7\u00e3o conjunta da tens\u00e3o de cisalhamento<\/a> e a ades\u00e3o era a respons\u00e1vel pelo sistema de ader\u00eancia das lagartixas”, explica Autumn.<\/p>\n

A pata de uma lagartixa possui um sistema de ader\u00eancia sofisticado que emprega as for\u00e7as de van der Waals<\/a>, a atra\u00e7\u00e3o b\u00e1sica entre mol\u00e9culas. As for\u00e7as de van der Waals permitem que as lagartixas escalem e se pendurem em uma superf\u00edcie lisa e vertical com apenas um dedo.<\/p>\n

Cutkosky e sua equipe v\u00eam desenhando robos bio-inspirados que usam as for\u00e7as de van der Waals. Seu projeto mais recente \u00e9 o “stickybot” (literalmente: “robo-grudento”), um robo que tem suportes semelhantes \u00e0s patas das lagartixas que lhe permitem escalar paredes e edif\u00edcios.<\/p>\n

Projeto bio-inspirado em nano-escala<\/strong><\/p>\n

O intrincado trabalho da natureza  ocorre eu uma escala min\u00fascula, abaixo dos limites de nossa vis\u00e3o. Por baixo da superf\u00edcie da pata de uma lagartixa existe uma hierarquia de tr\u00eas n\u00edveis de estruturas. O primeiro n\u00edvel \u00e9 composto de l\u00e2melas que s\u00e3o uma s\u00e9rie de estruturas que se parecem com flapes em um microsc\u00f3pio. As l\u00e2melas se dividem em estruturas menores, mais finas do que um cabelo humano. Estas, por sua vez, se ramificam em pequenas extremidades chamadas esp\u00e1tulas que t\u00eam apenas algumas centenas de nan\u00f4metros. <\/p>\n

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Sangbae Kim e Mark Cutkosky desenvolveram um robo, inspirado em lagartixas, chamado “stickybot”.
Cr\u00e9dito e imagem ampliada<\/a><\/p>\n<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

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“O que acontece, ent\u00e3o, \u00e9 que a lagartixa \u00e9 capaz de se acomodar a superf\u00edcies que v\u00e3o de dezenas ou centenas de nan\u00f4metros at\u00e9 a ordem dos cent\u00edmetros”, explica Cutkosky. “\u00c9 algo muito legal, quase de natureza fractal”<\/p>\n

As estruturas que comp\u00f5em os diferentes n\u00edveis da hierarquia tem um comportamento similar em v\u00e1rias escalas de comprimento.<\/p>\n

A estrutura dos dedos da lagartixa s\u00f3 fica adesiva quando exerce esfor\u00e7o em uma determinada dire\u00e7\u00e3o e a lagartixa pode controlar a ades\u00e3o alinhando suas micro-estruturas e as pondo em contato imediato com a superf\u00edcie. O “stickybot” segue os mesmos princ\u00edpios de uma lagartixa, por\u00e9m precisa ajustar a orienta\u00e7\u00e3o de seus p\u00e9s enquanto escala, para se assegurar que os dedos estejam sempre exercendo esfor\u00e7o na dire\u00e7\u00e3o apropriada para a ades\u00e3o.<\/p>\n

Cutkosky e Autumn fizeram estruturas sint\u00e9ticas que seguem o projeto da pata de uma lagartixa. No presente, eles obtiveram uma hierarquia de duas camadas de pol\u00edmero com ades\u00e3o direcional. N\u00e3o \u00e9 o suficiente para que o “stickybot” consiga escalar paredes, por\u00e9m sempre se pode fazer aperfei\u00e7oamentos.<\/p>\n

“Tudo se resume em quanta ades\u00e3o se consegue por unidade de \u00e1rea. A lagartixa pode aguentar facilmente seu pr\u00f3prio peso em um \u00fanico dedo. Na verdade, d\u00e1 e sobra. Sem os mais recentes e melhores adesivos, eu acho que o “stickybot” mal pudesse suportar seu peso em um \u00fanico dedo. N\u00f3s n\u00e3o chegamos nem perto de uma lagartixa. Fundamentalmente, isso se resume [\u00e0 correla\u00e7\u00e3o entre] o peso do robo e quantos pascais se pode tirar de seu material”, afirma Cutkosky.<\/p>\n

O Pascal \u00e9 uma medida de for\u00e7a por unidade de \u00e1rea que permite aos pesquisadores, Cutkosky, estabelecer quanta tens\u00e3o a ades\u00e3o sint\u00e9tica pode tolerar. Isso ajuda a calibrar como o adesivo ser\u00e1 desenvolvido e como ele poder\u00e1 ser modificado no futuro.<\/p>\n

O futuro do “stickybot”<\/strong><\/p>\n

O “stickybot” emprega tr\u00eas princ\u00edpios principais para escalar superf\u00edcies lisas: ajustagem hier\u00e1rquica para se adequar em n\u00edveis dos micr\u00f4metros aos cent\u00edmetros, ades\u00e3o direcional para se prender e desprender suavemente de uma superf\u00edcie e controle de for\u00e7a para controlar as for\u00e7as de atrito nos p\u00e9s. Apesar do “stickybot” conseguir escalar superf\u00edcies verticais e lisas, Cutkosky espera desenvolver um robo capaz de escalar uma ampla gama de superf\u00edcies.<\/p>\n

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O “stickybot” emprega os mesmos princ\u00edpios que uma lagartixa, fazendo uso da ades\u00e3o seca para escalar paredes.
Cr\u00e9dito e imagem ampliada<\/a>\n<\/p>\n<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

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“Vamos continuar tentando melhorar o adesivo seco em si, mas, independente disso, estamos trabalhando em um novo [modelo de] “stickybot”. Tornar os tornozelos do robo girat\u00f3rios \u00e9, provavelmente, o primeiro passo, mas tamb\u00e9m queremos melhorar o sensoreamento e o controle. Atualmente, o “stickybot” n\u00e3o tem muitos sensores, de forma que, se ele estiver escalando e ficar em dificuldades, ele n\u00e3o fica sabendo disso e acaba caindo”, disse Cutkosky.<\/p>\n

A pesquisa em conjunto de Cutkosky e Autumn mostrou que a ci\u00eancia de materiais est\u00e1 tentando seguir os passo da natureza.<\/p>\n

“A natureza tem a enorme vantagem de poder criar e diferenciar c\u00e9lula por c\u00e9lula. Enquanto isso, quando fabricamos coisas, usamos processos que v\u00e3o “de cima para baixo” e, assim, cada camada fica dif\u00edcil e cara para obter”, conclui Cutkosky.<\/p>\n

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— <\/td>\npor Gwendolyn Morgan<\/strong><\/em><\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

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