Um novo estudo explica pela primeira vez os princípios por trás do design de picadas, agulhas, e picos em animais e plantas. Os princípios podem ser usados ​​diretamente no desenvolvimento de novas ferramentas e equipamentos médicos.

Kaare Hartvig Jensen e seus colegas da DTU Physics tiveram experiências repetidas em que as pequenas pipetas de vidro que eles usam para extrair fluido de células vegetais quebraram ao entrar em contato com a parede celular. Isso irritou os pesquisadores e despertou seu interesse por objetos pontiagudos semelhantes na natureza que não quebram quando usados. Isso inclui espinhos em plantas como cactos e urtigas ou as picadas e espinhos de muitos insetos, algas, ouriços, e outros animais.

A ideia de buscar inspiração na natureza não é nova para Kaare Hartvig Jensen, que pertence a um grupo crescente de pesquisadores biomiméticos. Eles se concentram em explorar o design da natureza para encontrar inspiração para inovações técnicas relacionadas a, por exemplo, ferramentas e equipamentos médicos.

Com base em uma ampla gama de experimentos

Para adquirir mais conhecimentos sobre o assunto, Jensen e seus colegas conduziram experimentos modelo e coletaram dados de mais de 200 espécies, examinar o design de vários objetos pontiagudos em animais e plantas. Seu campo de estudo era amplo e incluía partes pontiagudas de plantas ou animais usados ​​para propósitos muito diferentes, por exemplo, para aderir a uma superfície, ingerindo alimentos, ou defesa. A análise, além disso, incluiu agulhas ou picadas em animais e plantas que são feitas de materiais e tamanhos muito diferentes, desde os menores vírus e picos de algas, medindo apenas 50 nanômetros, para a parte pontiaguda de um animal mais longa do mundo, a presa de narval de 2,5 metros.

Os pesquisadores também incluíram o design de objetos pontiagudos feitos pelo homem, como pregos, agulhas de seringa, e armas (lanças e lanças antigas) de até seis metros de comprimento.

O design garante força e elasticidade

O grande banco de dados permitiu aos pesquisadores identificar como as ferramentas pontiagudas da natureza são projetadas para serem fortes o suficiente para penetrar na pele humana ou animal, por exemplo, e forte o suficiente para garantir que a ponta não se quebre ao entrar em contato com a pele.

"Nossos resultados mostraram que há uma correlação clara entre o comprimento de uma agulha ou picada e seu diâmetro, perto da ponta e onde se fixa à planta ou animal. Desta maneira, tanto a força necessária quanto a elasticidade da ponta podem ser garantidas, seja em uma urtiga ou em um mosquito ", diz Jensen.

"Ao mesmo tempo, é claro que as ferramentas pontiagudas da natureza estão no limite do que é fisicamente possível. E também está claro que os designs são muito semelhantes, independentemente de estarmos olhando para os picos em nanoescala de um vírus ou para a conta de 1,5 metro de um peixe-espada, "diz Jensen.

As descobertas do novo estudo foram publicadas recentemente na respeitada revista científica Física da Natureza .

O estudo também incluiu objetos pontiagudos feitos pelo homem que já imitaram formas naturais em grande medida.

"Este novo conhecimento de como calcular o design ideal de um objeto pontiagudo pode, no futuro, ser usado para projetar, por exemplo., agulhas de seringa para otimizar a distribuição de medicamentos. Ou na concepção de unhas, possibilitando a redução do consumo de material sem perder a estabilidade necessária, "Jensen diz.

Os próprios pesquisadores também usaram os resultados para redesenhar suas pipetas de vidro para que não sofram mais quebra ao extrair fluido de células vegetais.