p As teias de aranha são uma das manifestações mais fascinantes da natureza. Muitas aranhas expelem seda proteica para tecer teias pegajosas que prendem presas desavisadas que se aventuram em seus fios. Apesar de sua elasticidade, essas teias possuem incrível resistência à tração. Nos últimos anos, os cientistas expressaram maior interesse na teia orbital de aranha como um sistema biológico-mecânico. Os mecanismos sensoriais da web são especialmente fascinantes, dado que a maioria das aranhas tecedoras de teias - independentemente de seu nível de visão - usa vibrações geradas para localizar com eficácia a presa enredada. p "A teia de aranha é natural, leve, estrutura elegante com uma relação resistência-peso extrema que raramente é observada entre outras estruturas, natural ou artificial, "Antonino Morassi disse." Suas funções principais são capturar a presa e coletar informações sensoriais, e o estudo dos mecanismos que orientam esses processos por meio da vibração da teia tem sido um dos principais objetivos da pesquisa na área. ”

p Para compreender a mecânica das teias orbitais, pesquisadores já utilizaram padrões simplificados de propagação de ondas ou confiaram em modelos numéricos que reproduzem a geometria exata de uma teia de aranha por meio de elementos unidimensionais. Embora esses modelos numéricos lidem de forma adequada com o vento, movimento da presa, e outras fontes de vibração, eles ficam aquém de fornecer uma visão sobre os fenômenos físicos responsáveis ​​pela dinâmica da web. Em um artigo publicado esta semana no SIAM Journal on Applied Mathematics , Morassi e Alexandre Kawano apresentam um modelo mecânico teórico para estudar o problema inverso da identificação da fonte e localizar uma presa em uma teia de aranha.

p Devido à interconectividade estrutural entre as roscas circunferencial e radial, vibrações em uma teia orbital espalham-se lateralmente e se movem além do raio estimulado. Esta observação levou Kawano e Morassi a modelos mecânicos realistas que medem a bidimensionalidade de uma teia fibrosa, em vez de modelos unidimensionais mais limitantes. "Não havia nenhum modelo mecânico - mesmo um simplificado - que descrevesse a teia como ela realmente é:um sistema vibratório bidimensional, "Morassi disse." Decidimos usar um modelo de membrana contínua, já que os modelos teóricos muitas vezes permitem uma visão mais profunda dos fenômenos físicos por meio da análise da estrutura matemática subjacente das equações governantes. "Essas equações também são úteis na identificação dos parâmetros mais relevantes que ditar a resposta de uma web.

p Os autores classificam seu modelo como uma rede de dois grupos que se cruzam de fios circunferenciais e radiais que formam uma rede ininterrupta, membrana elástica contínua com uma estrutura fibrosa específica. Para configurar o problema inverso, eles consideram a resposta dinâmica da aranha às vibrações induzidas pela presa no centro da teia (onde a aranha normalmente espera). Para simplificar, Kawano e Morassi limitam a largura do modelo a teias circulares. A geometria de seu modelo permite uma estrutura fibrosa específica, cujos fios radiais são mais densos em direção ao centro da teia.

p Os pesquisadores observam que o conjunto mínimo de dados para garantir a exclusividade na localização da presa parece reproduzir com precisão os dados reais que a aranha coleta logo após a presa fazer contato com a teia. "Testando continuamente a web, a aranha adquire a resposta dinâmica da teia aproximadamente em um círculo centrado na origem da teia, e com raio significativamente pequeno em relação às dimensões da teia, "Kawano disse." Simulações numéricas mostram que a identificação da posição da presa é bastante boa, mesmo quando a observação é feita no conjunto discreto de pontos correspondentes às oito patas da aranha. "

p Em última análise, os autores esperam que seu novo modelo mecânico encoraje pesquisas futuras relativas a sinais quase periódicos e fontes mais gerais de vibração. Eles já estão pensando em maneiras de expandir ainda mais seu modelo. "Acreditamos que pode ser interessante generalizar a abordagem para geometrias mais realistas - por exemplo, para teias de aranha que se desviam um pouco da forma simétrica axial circular e mantêm apenas um único eixo de simetria, "Morassi disse." Além disso, aqui consideramos a resposta dinâmica transversal causada pelo impacto ortogonal de uma presa na teia. Em situações do mundo real, o impacto pode ser inclinado e fazer com que vibrações no plano se propaguem por toda a teia. A análise desses aspectos, entre outros, pode fornecer ideias novas e importantes, não apenas para o problema de captura da presa, mas também para redes fibrosas bioinspiradas para aplicações de detecção envolvendo materiais multifuncionais inteligentes. "