Os entusiastas da pizza sabem bem que uma simples curvatura em forma de U na crosta pode impedir que uma fatia fina tombe quando levantada de um prato. Uma equipe de engenheiros da Brown University mostrou que os peixes podem tirar proveito de quase a mesma dinâmica para enrijecer suas nadadeiras para nadar.

Usando um modelo matemático e a barbatana peitoral da cavala como um exemplo ilustrativo, os pesquisadores mostram como a rigidez da nadadeira pode ser alterada pela aplicação de uma curvatura em forma de u na base da nadadeira. O efeito, os pesquisadores dizem, pode ser a base da habilidade dos peixes de nadar em velocidades muito variadas em todos os tipos de correntes com grande capacidade de manobra.

"Uma maneira de se tornar mais manobrável é ter a capacidade de gerar quantidades variáveis ​​de força na água ao bater uma nadadeira, "disse Shreyas Mandre, professor assistente na Escola de Engenharia de Brown e co-autor da pesquisa. "Achamos que os peixes modulam a curvatura na base da nadadeira para torná-la mais rígida ou mais macia, que altera a força que eles geram na água, o que, por sua vez, pode ser a base de parte de sua capacidade de manobra. "

A pesquisa foi conduzida em colaboração com Khoi Nguyen e Madhusudhan Venkadesan da Universidade de Yale, Ning Yu da UCLA e Mahesh M. Bandi do Instituto de Ciência e Tecnologia de Okinawa. É descrito no Interface do Jornal da Royal Society .

O modelo matemático que Mandre e seus colegas desenvolveram se aplica a uma grande classe de peixes conhecida como Actinopterygii. São espécies de peixes com nadadeiras em forma de leque, feitas de ossos longos e flexíveis, mantidos juntos por um tecido macio elástico.

De um modo geral, os pesquisadores dizem, presume-se que a rigidez dessas nadadeiras é calculada pela rigidez à flexão de cada osso multiplicada pelo número de ossos. Mas essa imagem simples ignora a interação mecânica entre os ossos dobráveis ​​e a pele elástica, o que poderia produzir muito mais rigidez do que o modelo simples poderia sugerir. Essa interação também acaba sendo o mecanismo pelo qual os peixes mudam a rigidez de uma nadadeira por meio da curvatura na base.

Os pesquisadores analisaram imagens de micro-TC de matrizes ósseas em nadadeiras de cavala, que são amplamente representativos de peixes com nadadeiras raiadas. Eles mostraram que a forma dos ossos faz com que eles se dobrem mais facilmente em direções específicas, e que a direção de curvatura "preferida" de cada osso está ligeiramente desalinhada em relação aos ossos adjacentes. De acordo com seu modo matemático, este arranjo significa que quando uma força é aplicada através de uma aleta, os ossos se dobram coletivamente de uma maneira que os faz se separarem. Contudo, esse movimento amplo é resistido pelo tecido elástico que une os ossos, e é essa resistência que enrijece toda a barbatana.

A maneira como essa arquitetura transmite forças é bastante semelhante à maneira como as forças são transmitidas em uma fatia de pizza que é curva na crosta e se torna mais rígida ao longo de seu comprimento. Só neste caso, o efeito da curvatura é "cozido" na barbatana, o que significa que tem os benefícios mecânicos de uma curva, mesmo quando é plana. Aplicar uma curvatura real na base da aleta aumentaria o efeito de enrijecimento.

"Então, ajustando a curvatura, peixes podem alterar rápida e dramaticamente o quão forte eles podem empurrar a água, o que poderia torná-los mais manobráveis ​​", disse Mandre.

Os pesquisadores dizem que seu modelo sugere possibilidades intrigantes para o design de nadadores robóticos.

"Esses resultados nos ajudam a entender o significado funcional da curvatura nas nadadeiras dos peixes, "Mandre disse." Dessa forma, ele fornece um princípio de projeto que podemos usar potencialmente para desenvolver apêndices robóticos para propulsão aquática altamente manobrável. "