De velcro a trens-bala, a natureza inspirou alguns dos feitos mais impressionantes da inovação humana. Neste verão, um robô submarino, semelhante ao caranguejo, desenvolvido por cientistas coreanos, vai procurar artefatos antigos no Mar Amarelo. Drones estão imitando os movimentos de vôo de pássaros e abelhas. E nosso futuro biomimético parece brilhante.
Um punhado de pesquisadores está agora no encalço de uma nova criação: a pele sintética.
Os animais marinhos usam a pele para ajudar a navegar e sobreviver ao meio ambiente. Os golfinhos que vivem em águas frias na verdade têm pele grossa para isolar seus corpos e permanecerem quentes. A pele de polvo, ladeada por polvos, não só contém milhões de nervos que os ajudam a sentir e a agarrar a presa, mas também a incorporar células únicas que mudam de cor e que podem torná-las invisíveis aos predadores. As protuberâncias da pele que alinham as barbatanas peitorais das baleias jubarte aumentam a flutuabilidade do animal. Então, os cientistas vêem potencial.
Usando tecnologia de impressão 3D e modelagem por computador, os pesquisadores estão desenvolvendo pele de animais marinhos artificiais, mas realistas para uso em tudo, desde maçanetas antimicrobianas até robôs subaquáticos. George Lauder, um ictiólogo da Universidade de Harvard, em Boston, e sua equipe desenvolveram a primeira verdadeira pele de tubarão artificial com a ajuda de uma impressora 3D de ponta.
Tentativas anteriores envolveram moldes de borracha e tecido, e os pesquisadores se esforçaram para fabricar material com componentes duros e macios. Os trajes de banho inspirados na pele do tubarão fizeram sucesso nas Olimpíadas de 2008, mas a equipe de pesquisadores de Lauder descobriu que o material de ternos como o Fastskin II da Speedo não imita a pele do tubarão ou reduz o arrasto, porque não tem dentículos.
Os tubarões podem nadar em alta velocidade pelas águas oceânicas graças a pequenos dentículos semelhantes a dentes que cobrem sua pele sedosa. "Isso acaba por ser uma característica muito importante do desempenho da pele do tubarão durante a natação", diz Lauder. Alguém poderia pensar que a pele mais macia é melhor para a velocidade. Mas, ele acrescenta, “é realmente bom ser áspero, ter uma superfície áspera de certo tipo quando você quer se mover através de um ambiente fluido, água ou ar, da forma mais eficiente possível”.
Usando um scanner micro-CT, a equipe de Lauder escaneou a pele real do tubarão mako. A partir da digitalização, eles criaram um modelo 3D e enviaram o modelo para uma impressora 3D, que fez um material de polímero plástico com uma base macia coberta por estruturas duras semelhantes a dentículos. O produto final tem o toque de areia da pele do tubarão. Em um tanque em seu laboratório, os pesquisadores testaram a pele artificial e descobriram que aumentaram a velocidade em 6, 6 por cento e reduziram o gasto de energia em 5, 9 por cento em comparação com uma aleta de plástico liso sem dentículos.
Uma imagem de alta ampliação dos padrões denticulares encontrados na cabeça de um tubarão mako. (Imagem: Johannes Oeffner, Li Wen, James Weaver e George Lauder) 
Os dentículos na cabeça de um tubarão. (Imagem: Johannes Oeffner, Li Wen, James Weaver e George Lauder) Dentículos de barbatana de tubarão (Imagem: Johannes Oeffner, Li Wen, James Weaver e George Lauder) 
Padrões denticulares no tronco de um tubarão mako (Imagem: Johannes Oeffner, Li Wen, James Weaver e George Lauder) "Se você pudesse fazer um traje de banho que tivesse a estrutura de dentículos de pele de tubarão ou escamas em uma superfície flexível que você pudesse usar e fosse relativamente como uma roupa de mergulho, realmente melhoraria seu desempenho de natação", diz Lauder. Mas este novo material não está pronto para o horário nobre. "Seria muito, muito desafiador, no momento, incorporar esse tipo de estrutura em qualquer tipo de tecido", acrescenta ele. É um feito para a próxima década.
Um material parecido com uma pele de tubarão também pode servir como uma linha de defesa contra a incrustação biológica, ou o acúmulo de algas e cracas no fundo dos navios. A maioria das tintas anti-incrustantes é tóxica, por isso a pele artificial do tubarão pode ser uma alternativa ecológica. Em 2005, pesquisadores da Alemanha desenvolveram um material de silicone, inspirado na pele do tubarão, que reduziu o assentamento de cracas em 67%. Então, em 2008, o engenheiro Anthony Brennan adotou uma abordagem semelhante, criando um material chamado Sharklet que tem uma textura semelhante a um dentículo e evita 85% da adesão normal de algas em superfícies lisas. O Sharklet também foi aplicado em dispositivos médicos e superfícies hospitalares. Em hospitais e até mesmo em banheiros públicos, as bactérias podem se espalhar de pessoa a pessoa facilmente, então o revestimento desses botões e equipamentos em um material que resiste a bactérias pode reduzir infecções.
Pesquisadores da Duke University, na Carolina do Norte, também desenvolveram um material anti-incrustante que contrai ou enruga como pele de animal (neste caso, um contração de cavalo ao toque de uma mosca pode ser a melhor analogia) quando estimulado. Outro grupo do Imperial College de Londres está tentando criar um material para tubos revestido com colisões microscópicas e produtos químicos que repelem a água - inspirados pela pele de golfinho.
Do ponto de vista do design, a pele do tubarão também poderia ser usada para tornar as asas dos aviões mais eficientes em termos energéticos - uma aplicação que o Lauder considera útil no futuro. A adição de estruturas semelhantes a dentículos nos aviões poderia reduzir o arrasto. Ao longo de linhas semelhantes, as barbatanas peitorais da baleia já inspiraram projetos de asas de helicópteros.
Talvez o uso mais empolgante para esses materiais, no entanto, esteja no campo em desenvolvimento de robôs subaquáticos bio-inspirados. “Nós vamos ter novos tipos de robôs submarinos que têm flexíveis corpos flexíveis que se movem como um peixe”, diz Lauder. Vários robôs de peixe movidos a bateria estão em andamento e, logicamente, adicionar pele de tubarão falsa a eles pode aumentar a velocidade e a eficiência energética. Lauder e sua equipe estão colaborando com pesquisadores da Universidade Drexel, na Filadélfia, em um robô de peixe. Desde então, eles expandiram o estudo da mecânica da pele para examinar várias espécies de peixes e ver como diferentes formas e padrões de escala afetam a natação.
Com a impressão 3D, os cientistas poderão aprender ainda mais sobre como os padrões de dentição ou de escala em um peixe afetam as forças de natação. “Você pode mudar o espaçamento [dos dentículos]; você pode torná-los duas vezes mais espaçados. Você pode escaloná-los, torná-los sobrepostos, torná-los não sobrepostos e fazer muitas mudanças para começar a desmembrar as características principais da pele do tubarão ”, diz Lauder. Esses experimentos ajudarão os cientistas a aperfeiçoar as peles artificiais.
"Este é um campo em rápido crescimento no momento", diz George Jeronimidis, engenheiro da Universidade de Reading, no Reino Unido. "Estamos apenas começando a entender o quão integrada e funcional é a pele das criaturas marinhas."
O laboratório de Jeronimidis desenvolveu pele de polvo artificial. A pele de polvo tem seu próprio conjunto de complexidades: é macia, flexível e cheia de milhões de neurônios sensoriais que ajudam o organismo a navegar em seu ambiente. A versão sintética do engenheiro consiste em fibras de nylon embebidas em borracha de silicone, que mantêm a pele flexível, mas resistente a rasgos. Ele ainda tem otários, embora sejam passivos - um polvo real pode manipular cada otário individualmente.
Embora ainda haja muito trabalho a ser feito, no futuro, os robôs submarinos poderiam ser dotados da velocidade de um tubarão ou da inteligência sensorial de um polvo. E, com uma pele artificial sofisticada, eles poderiam se aventurar onde os humanos não podem - desde navegar nas águas escuras dos vazamentos de petróleo até procurar por destroços de aviões até talvez até mesmo explorar as profundezas mais profundas do oceano.
