Imagem de Microscopia Eletrônica de Varredura (SEM) das bases do pré-tarsal (ou seja, na parte mais baixa da perna) pelos adesivos. (A) À esquerda estão as hastes dos fios de cabelo adesivos mais próximos do exoesqueleto. Na sua inserção, a haste do cabelo torna-se mais fina e uma estrutura semelhante a uma rolha no exoesqueleto se encontra e se fixa a ela. (b) Ampliação adicional da mesma região:o asterisco marca o ponto de pivô onde os cabelos podem dobrar para cima. Distal vs. proximal aqui significa longe vs. em direção à garra na ponta da perna. Crédito:B Poerschke, SN Gorb e F Schaber
Como as aranhas sobem - e até de cabeça para baixo - em tantos tipos diferentes de superfícies? Responder a esta pergunta pode abrir novas oportunidades para criar poderosos, ainda reversível, adesivos bioinspirados. Os cientistas têm trabalhado para entender melhor os pés de aranha nas últimas décadas. Agora, um novo estudo em Fronteiras na Engenharia Mecânica é o primeiro a mostrar que as características das estruturas semelhantes a cabelos que formam os pés adesivos de uma espécie - a aranha errante Cupiennius Salei - são mais variáveis do que se pensava anteriormente.
"Quando começamos os experimentos, esperávamos encontrar um ângulo específico de melhor adesão e propriedades adesivas semelhantes para todos os fios de fixação individuais, "diz o líder do grupo do estudo, Dr. Clemens Schaber da Universidade de Kiel, na Alemanha. "Mas, surpreendentemente, as forças de adesão diferiam amplamente entre os cabelos individuais, por exemplo. um cabelo aderiu melhor em um ângulo baixo com o substrato, enquanto o outro teve melhor desempenho próximo à perpendicular. "
Os pés desta espécie de aranha são compostos por cerca de 2, 400 pêlos minúsculos ou 'cerdas' (centésimo de um milímetro de espessura). Schaber, e seus colegas Bastian Poerschke e Stanislav Gorb, coletou uma amostra desses cabelos e, em seguida, mediu o quão bem eles aderiram a uma variedade de superfícies ásperas e lisas, incluindo vidro. Eles também observaram o desempenho dos cabelos em vários ângulos de contato.
Diferentes tipos de cabelo trabalham juntos
Inesperadamente, cada cabelo apresentou propriedades adesivas únicas. Quando a equipe olhou para os cabelos em um microscópio poderoso, eles também descobriram que cada um mostrava arranjos estruturais claramente diferentes - e até então não reconhecidos. A equipe acredita que essa variedade pode ser a chave de como as aranhas podem escalar tantos tipos de superfície.
Imagens de MEV da microestrutura dos fios adesivos ('cerdas'). (A) Vista lateral mostrando a haste do cabelo de até 1,8 mm de comprimento (não mostrada em comprimento total) e a região da ponta coberta com 'microtriquia' (minúsculas estruturas semelhantes a cabelos nos próprios cabelos). (B) Vista superior da "almofada da escópula" (um denso tufo de pelos) na parte inferior do pretarso. Cobrindo a região da ponta dos cabelos estão microtriquias em forma de espátula, que aderem ao substrato durante a caminhada. (C) Imagem de maior ampliação da microtriquia em forma de espátula. Crédito:B Poerschke, SN Gorb e F Schaber
Este trabalho atual estudou apenas um pequeno número dos milhares de fios de cabelo em cada pé, e está além do escopo dos recursos existentes considerar o estudo de todos eles. Mas a equipe espera que nem todos os fios sejam únicos, e que pode ser possível encontrar clusters ou padrões repetidos.
(A) Superfície do tufo de cabelo voltada para baixo ao redor das garras no pretarso (asteriscos brancos marcam os dois lóbulos do tufo de cabelo), que consiste em milhares de fios de cabelo densamente agrupados. As setas indicam as duas garras. (B) Vista lateral do tufo de cabelo no pretarso colado a uma lâmina de vidro. (C) Visão ampliada do retângulo no segundo painel. Observe como as pontas dos cabelos ficaram tortas. Crédito:B Poerschke, SN Gorb e F Schaber
Possíveis aplicações bioinspiradas
"Embora ainda seja muito difícil fabricar nanoestruturas como as da aranha - e especialmente para alcançar a estabilidade e confiabilidade dos materiais naturais - nossas descobertas podem otimizar ainda mais os modelos existentes para adesivos artificiais reversíveis e sem resíduos, "diz Schaber." O princípio de diferentes formas e alinhamentos de contatos adesivos como encontrado no sistema de fixação de aranha pode melhorar a capacidade de fixação de materiais bioinspirados a uma ampla gama de substratos com propriedades diferentes. "
