Apesar de ser quatro vezes mais grosso que o cabelo humano, o cabelo do elefante tem apenas metade da força - isso é apenas uma descoberta de pesquisadores que estudam a força do cabelo de muitos mamíferos diferentes. Trabalho deles, aparecendo em um jornal publicado em 11 de dezembro na revista Matéria , mostra que o cabelo fino tende a ser mais forte do que o cabelo grosso devido à maneira como se quebra.

“Ficamos muito surpresos com o resultado, "diz o primeiro autor Wen Yang, um pesquisador de nanoengenharia da Universidade da Califórnia, San Diego. "Porque, intuitivamente, pensaríamos que cabelo grosso é mais forte. Os materiais naturais passaram por milhares de anos de evolução, então para nós, esses materiais são muito bem desenvolvidos. Esperamos aprender com a natureza e desenvolver produtos sintéticos com propriedades comparáveis. "

Estudos anteriores descobriram que o cabelo humano tem resistência comparável à do aço quando ajustado para densidade. Isso ocorre por causa da estrutura hierárquica do cabelo:o cabelo humano é composto de uma camada externa chamada cutícula, que envolve um córtex interno feito de muitas pequenas fibras ligadas por ligações químicas. Dentro de cada fibra, há fibras ainda menores embutidas. Este projeto estrutural permite que o cabelo, que é feito de proteínas, para ser resistente à deformação.

Yang e sua equipe, incluindo pesquisadores dos grupos Meyers e Ritchie da Universidade da Califórnia, San Diego, e a Universidade da Califórnia, Berkeley, estavam curiosos para saber se o cabelo de outros animais compartilhava características semelhantes. Eles coletaram amostras de cabelo de oito mamíferos diferentes, incluindo humanos, ursos, javalis, cavalos, capivaras, javelinas, girafas, e elefantes. Esses cabelos variam em espessura:o cabelo humano é tão fino quanto 80 μm de diâmetro, enquanto os de elefantes e girafas têm mais de 350 µm de diâmetro.

Os pesquisadores amarraram fios de cabelo individuais a uma máquina que gradualmente os separou até que se quebraram. Para sua surpresa, eles descobriram que o cabelo fino é capaz de suportar maior tensão antes de quebrar, em comparação com o cabelo grosso. Isso também se aplica a cabelos da mesma espécie. Por exemplo, o cabelo fino de uma criança era mais forte do que o cabelo mais grosso de um adulto.

Ao estudar os cabelos quebrados usando um microscópio eletrônico de varredura, a equipe descobriu que embora a maioria dos fios de cabelo compartilhe uma estrutura semelhante, eles quebraram de maneiras diferentes. Cabelos com diâmetro superior a 200 μm, como os de javalis, girafas e elefantes, tendem a quebrar em um modo de fratura normal, uma quebra limpa semelhante ao que aconteceria se uma banana se quebrasse no meio. Cabelos mais finos que 200 μm, como as dos humanos, cavalos e ursos, quebrar em um modo de cisalhamento. A quebra é desigual, como quando um galho de árvore se quebra em uma tempestade. A distinção no caminho de fissuração é porque os elementos estruturais em diferentes fios de cabelo interagem de maneira diferente.

"Cisalhamento é quando pequenas rachaduras em zigue-zague são formadas dentro do material como resultado de tensão, "Yang diz." Essas rachaduras então se propagam, e para alguns materiais biológicos, a amostra não está completamente quebrada até que as pequenas rachaduras se encontrem. Se um material cisalha, isso significa que pode suportar uma tensão maior e, portanto, é mais resistente do que um material que sofre uma fratura normal. "

"A noção de grosso ser mais fraco do que magro não é incomum, e descobrimos que isso acontece ao estudar materiais frágeis como fios de metal, "diz o co-autor Robert Ritchie da Universidade da Califórnia, Berkeley. "Isso é realmente uma coisa estatística, qual peça maior terá maior possibilidade de apresentar defeito. É um pouco surpreendente ver isso no cabelo, já que o cabelo não é um material quebradiço, mas achamos que é pelo mesmo motivo. "

Os pesquisadores acreditam que suas descobertas podem ajudar os cientistas a projetar melhores materiais sintéticos. Mas Yang diz que a fabricação de materiais bioinspirados de sua equipe ainda está em sua infância. As tecnologias atuais ainda não são capazes de criar materiais tão finos quanto cabelos e com uma estrutura hierárquica sofisticada.

"Existem muitos desafios em materiais sintéticos para os quais não tínhamos solução, desde como fabricar materiais muito pequenos até como replicar as ligações entre cada camada, como visto no cabelo natural, "Diz Yang." Mas se pudermos criar metais que tenham uma estrutura hierárquica como a do cabelo, poderíamos produzir materiais muito fortes, que podem ser usados ​​como cordas de resgate e para construções. "