Andando no campus da Caltech, engenheiro de pesquisa Chris Roh (MS '13, Ph.D. 17) aconteceu de ver uma abelha presa na água da lagoa Millikan. Embora fosse uma visão bastante comum, isso levou Roh e seu conselheiro, Mory Gharib (Ph.D. '83), para uma descoberta sobre a maneira potencialmente única como as abelhas navegam na interface entre a água e o ar.

Roh avistou a abelha durante os anos de seca da Califórnia, quando a fonte da lagoa foi desligada e a água ficou parada. O incidente ocorreu por volta do meio-dia, então o sol no céu projetou as sombras da abelha - e, mais importante, as ondas se agitavam pelos esforços das abelhas agitadas - diretamente no fundo da piscina.

Enquanto a abelha lutava para chegar à beira da lagoa, Roh percebeu que as sombras no fundo da piscina mostravam a amplitude das ondas geradas pelas asas da abelha, bem como o padrão de interferência criado conforme as ondas de cada asa individual colidiam umas com as outras.

"Fiquei muito animado ao ver esse comportamento e então trouxe a abelha de volta ao laboratório para dar uma olhada mais de perto, "Roh diz.

Trabalhando com Gharib, Hans W. Liepmann, Professor de Aeronáutica e Engenharia Bioinspirada da Caltech, Roh recriou as condições da lagoa Millikan. Eles colocaram água em uma panela, permitiu que ficasse perfeitamente imóvel, e então coloque as abelhas, um por vez, na água. À medida que cada abelha se agitava na água, a luz filtrada foi direcionada diretamente para ele, para criar sombras no fundo da panela. Roh e Gharib estudaram 33 abelhas individualmente por alguns minutos de cada vez, retirando-os cuidadosamente após alguns minutos para que se recuperem dos esforços de natação.

Um artigo descrevendo o que eles encontraram foi publicado no Proceedings of the National Academy of Sciences em 18 de novembro.

Quando uma abelha pousa na água, a água gruda em suas asas, roubando-lhe a capacidade de voar. Contudo, que a viscosidade permite que a abelha arraste a água, criando ondas que o impulsionam para frente. No laboratório, Roh e Gharib observaram que o padrão de onda gerado é simétrico da esquerda para a direita. Um forte, onda de grande amplitude com um padrão de interferência é gerada na água na parte traseira da abelha, enquanto a superfície na frente da abelha carece de ondas grandes e interferências. Essa assimetria impele as abelhas para a frente com a menor força - cerca de 20 milionésimos de Newton. (Para referência, uma maçã de tamanho médio em sua mão exerce cerca de um Newton de força em sua palma devido à gravidade.)

"O movimento das asas da abelha cria uma onda que seu corpo é capaz de navegar para frente, "Gharib diz." É hidrofólio, ou surfa, em direção à segurança. "

O vídeo em câmera lenta revelou a fonte da assimetria potencialmente salvadora:em vez de apenas subir e descer na água, as asas da abelha pronam, ou curva para baixo, ao empurrar para baixo a água e supinar (curva para cima) ao puxar de volta para cima, fora da água. O movimento de tração fornece impulso, enquanto o movimento de empurrar é um golpe de recuperação.

Além disso, as batidas das asas na água são mais lentas, com uma amplitude de curso - a medida de quão longe suas asas viajam quando batem - de menos de 10 graus, em oposição a 90-120 graus quando estão voando pelo ar. Ao longo de todo o processo, o lado dorsal (ou superior) da asa permanece seco enquanto o lado inferior se agarra à água. A água que permanece presa à parte inferior da asa dá às abelhas a força extra que usam para se impulsionar para a frente.

"A água é três ordens de magnitude mais pesada que o ar, é por isso que prende as abelhas. Mas esse peso é o que também o torna útil para a propulsão, "Roh diz.

As abelhas não parecem ser capazes de gerar força suficiente para se libertar diretamente da água, mas o movimento das asas pode impeli-los para a beira de uma piscina ou lagoa, onde eles podem puxar-se para terra seca e voar. Hidrofólio é muito mais desgastante para as abelhas do que voar, diz Roh, que estima que as abelhas poderiam manter a atividade por cerca de 10 minutos, dando-lhes uma janela fixa para encontrar a borda da água e escapar.

O movimento nunca foi documentado em outros insetos, e pode representar uma adaptação única por abelhas, Roh diz.

"Em dias quentes, As colmeias de abelhas precisam de água para esfriar, "Diz Roh." Então, quando a temperatura subir, trabalhadores são enviados para coletar água em vez de pólen. "As abelhas encontrarão uma fonte de água, engula alguns em uma câmara especial em seus corpos, e depois voar. As vezes, Contudo, eles caem. E se eles não podem se libertar, eles morrem.

Roh e Gharib, que trabalham no Centro de Sistemas Autônomos e Tecnologias (CAST) da Caltech, já começaram a aplicar suas descobertas em suas pesquisas de robótica, desenvolver um pequeno robô que usa um movimento semelhante para navegar na superfície da água. Embora trabalhoso, o movimento poderia um dia ser usado para gerar robôs capazes de voar e nadar.

O estudo é intitulado "As abelhas usam suas asas para locomoção na superfície da água."