A esponja-cesta de flores de Vénus, com o seu delicado esqueleto exterior em treliça semelhante a vidro, há muito que intriga os investigadores que procuram explicar como o corpo desta criatura de aparência frágil pode suportar as duras condições do fundo do mar onde vive.



Agora, uma nova investigação revela mais um feito de engenharia da estrutura deste antigo animal:a sua capacidade de filtrar a alimentação utilizando apenas as fracas correntes ambientais das profundezas do oceano, sem necessidade de bombeamento.

Esta descoberta do controle de fluxo natural de "energia zero" por uma equipe de pesquisa internacional co-liderada pela Universidade de Roma Tor Vergata e pela Escola de Engenharia Tandon da NYU poderia ajudar os engenheiros a projetar reatores químicos mais eficientes, sistemas de purificação de ar, trocadores de calor, sistemas hidráulicos, e superfícies aerodinâmicas.

Em um estudo publicado em Physical Review Letters , a equipe descobriu, por meio de simulações computacionais de altíssima resolução, como a estrutura esquelética da esponja-cesta de flores de Vênus (Euplectella aspergillum) desvia correntes marítimas profundas muito lentas para fluir para cima, em direção à cavidade central do corpo, para que possa se alimentar de plâncton e outros detritos marinhos. ele filtra a água.

A esponja consegue isso por meio de sua superfície externa estriada em espiral que funciona como uma escada em espiral. Isso permite que ele puxe água passivamente para cima através de sua estrutura porosa em forma de treliça, tudo sem as demandas de energia do bombeamento.

“Nossa pesquisa resolve um debate que surgiu nos últimos anos:a esponja da cesta de flores de Vênus pode ser capaz de absorver nutrientes passivamente, sem qualquer mecanismo de bombeamento ativo”, disse Maurizio Porfiri, professor do Instituto Tandon da NYU e diretor de seu Centro de Ciência Urbana. + Progress (CUSP), que co-liderou o estudo e co-orientou a pesquisa. "É uma adaptação incrível que permite que este filtro alimentador prospere em correntes normalmente inadequadas para alimentação em suspensão."

Em velocidades de fluxo mais altas, a estrutura em treliça ajuda a reduzir o arrasto no organismo. Mas é na quase quietude do fundo do oceano que este sistema de ventilação natural é mais notável e demonstra quão bem a esponja se adapta ao seu ambiente hostil. O estudo descobriu que a capacidade da esponja de absorver alimentos passivamente funciona apenas nas velocidades muito lentas da corrente – apenas centímetros por segundo – do seu habitat.

"Do ponto de vista da engenharia, o sistema esquelético da esponja apresenta adaptações notáveis ​​ao seu ambiente, não apenas do ponto de vista estrutural, mas também no que diz respeito ao seu desempenho fluidodinâmico", disse Giacomo Falcucci da Universidade Tor Vergata de Roma e Harvard. Universidade, primeiro autor do artigo.

Junto com Porfiri, Falcucci co-liderou o estudo, co-supervisionou a pesquisa e projetou as simulações computacionais. "A esponja chegou a uma solução elegante para maximizar o fornecimento de nutrientes enquanto opera inteiramente através de mecanismos passivos."

Os investigadores usaram o poderoso supercomputador Leonardo no CINECA, um centro de supercomputação em Itália, para criar uma réplica 3D altamente realista da esponja, contendo cerca de 100 mil milhões de pontos individuais que recriam a complexa estrutura helicoidal da esponja. Este “gémeo digital” permite experiências impossíveis em esponjas vivas, que não conseguem sobreviver fora do seu ambiente de águas profundas.

A equipe realizou simulações altamente detalhadas do fluxo de água ao redor e dentro do modelo computacional do esqueleto da esponja-cesta de flores de Vênus. Com o enorme poder computacional do Leonardo, que permitia quatrilhões de cálculos por segundo, eles poderiam simular uma ampla gama de velocidades e condições de fluxo de água.

Os pesquisadores dizem que os insights de engenharia biomimética descobertos podem ajudar a orientar o projeto de reatores mais eficientes, otimizando os padrões de fluxo internos e minimizando o arrasto externo. Superfícies porosas e estriadas semelhantes poderiam melhorar os sistemas de filtragem de ar e ventilação em arranha-céus e outras estruturas. As cristas helicoidais assimétricas podem até inspirar cascos ou fuselagens de baixo arrasto que permanecem aerodinâmicos enquanto promovem fluxos de ar internos.

O estudo baseia-se na pesquisa anterior da equipe sobre esponjas de cesta de flores de Vênus publicada na Nature em 2021, no qual revelou ter criado uma simulação inédita da esponja do fundo do mar e como ela responde e influencia o fluxo da água próxima.