Com 3,5 bilhões de anos de pesquisa e desenvolvimento em seu currículo, A Mãe Natureza pode ser considerada a engenheira biológica mais experiente do mundo. Certo, seus métodos podem parecer aleatórios às vezes, mas seu histórico de organismos em desenvolvimento que são perfeitamente adaptados às tarefas exigidas deles é nada menos que surpreendente.

Uma tarefa à qual ela tem se dedicado particularmente é encontrar maneiras de manter suas criações limpas de detritos e contaminantes. Portanto, não é surpreendente que os engenheiros de hoje olhem para a natureza em busca de inspiração quando se trata de lidar com "incrustação biológica, "ou o acúmulo indesejado de material biológico, que assola uma ampla gama de indústrias.

Um estudo recente conduzido por pesquisadores da Ohio State University descobriu que as folhas de arroz e as asas de borboleta usam algumas características de superfície únicas que promovem a autolimpeza. Os pesquisadores acreditam que a incorporação de alguns desses recursos em produtos feitos pelo homem pode ser a chave para resolver os problemas associados à bioincrustação.

"A natureza viva está cheia de maravilhas da engenharia, da escala micro à macro, que inspiraram a humanidade por séculos, "diz Bharat Bhushan, autor sênior do estudo e diretor do Laboratório de Nanoprobe para Bio e Nanotecnologia e Biomimética da Ohio State University.

Considerar, por exemplo, que enquanto um navio fica atolado por cracas ao cruzar o oceano, um tubarão nadando no mesmo oceano permanece limpo como um assobio. Uma razão para isso é que a pele do tubarão é composta de um tipo especial de escama coberto por riblets que reduzem o atrito conforme o tubarão viaja pela água. Fricção reduzida significa que a água flui mais rapidamente pela superfície, tornando difícil para os caroneiros microscópicos se agarrarem. Esse fenômeno é denominado efeito pele de tubarão. A folha de lótus, por outro lado, mantém sua limpeza total com uma estrutura de superfície cerosa que repele a água, uma propriedade chamada superhidrofobicidade. Combinado com baixa adesão, isso é conhecido como efeito de lótus.

O estudo de setembro de 2012, publicado no jornal Matéria Macia por Bhushan e o estudante de graduação em engenharia Greg Bixler, mostra que as folhas de arroz e as asas de borboleta combinam o baixo arrasto da pele de tubarão com a superhidrofobicidade da folha de lótus, colocando essas superfícies no topo da lista de limpadores feitos pela natureza.

A ideia de olhar para as folhas de arroz e asas de borboleta surgiu para os pesquisadores observando essas estruturas em seus habitats naturais.

"Notamos que as gotas de água nas folhas do arroz e nas asas das borboletas rolam sem esforço, e que cada um permaneça limpo em seu respectivo ambiente, "diz Bhushan.

Esta observação levou os investigadores a suspeitar que, como pele de tubarão e folhas de lótus, folhas de arroz e asas de borboleta têm propriedades especiais que as tornam particularmente resistentes a incrustações.

Antes que eles pudessem começar, eles tiveram que lidar com o fato de que essas duas estruturas são incrivelmente delicadas, tornando-os difíceis de trabalhar em um ambiente experimental. Por esta razão, eles começaram criando réplicas de ambas as superfícies. Silicone foi derramado sobre folhas e asas reais, criando um molde "negativo" que usaram para criar uma réplica de uretano mais adequada aos testes rigorosos que os investigadores tinham em mente. Algumas réplicas também receberam um revestimento de sílica para replicar as propriedades superhidrofóbicas das estruturas naturais.

Eles então submeteram as réplicas a experimentos projetados para determinar a eficiência com que se moviam através do ar (arrasto), quão bem eles se livraram de contaminantes (autolimpeza), quão firmemente os contaminantes aderiram à superfície (adesão), e quão bem eles retêm ou repelem a água (molhabilidade). Como pele de tubarão, folhas de arroz e asas de borboleta exibiram propriedades de baixo arrasto e autolimpantes. Mas ambas as amostras eram especiais de uma maneira importante:elas exibiam propriedades semelhantes às do lótus, incluindo superhidrofobicidade e baixa adesão. Este efeito foi ampliado em amostras revestidas, que superou as amostras não revestidas em todos os testes.

Bixler atribui essas descobertas à estrutura única de cada superfície.

"Tanto as folhas de arroz quanto as asas de borboleta contêm recursos de micro e nano tamanho que repelem e direcionam a água em uma direção, "diz Bixler." Isso é conseguido com uma combinação de ranhuras e saliências que são invisíveis a olho nu. "

Ao mostrar que as folhas de arroz e as asas de borboleta combinam propriedades anti-incrustantes de alguns dos melhores limpadores da natureza, Bhushan e Bixler identificaram novas superfícies que podem ser usadas como inspiração de engenharia para uma ampla gama de indústrias afetadas pela biocontaminação. Prevenindo o acúmulo de matéria biológica no casco de um navio, por exemplo, poderia aumentar a eficiência do movimento do navio, em última análise, levando a um uso de combustível mais eficiente. Também, reduzir o acúmulo de bactérias e outros micróbios em tubos médicos pode reduzir muito o risco de infecção de um paciente.

"Estamos investigando métodos para fabricar folhas de arroz e filmes inspirados em asas de borboleta para aplicações que requerem baixo arrasto, autolimpante e anti-incrustante, ", diz Bhushan. Os investigadores esperam que o uso de tais filmes em várias indústrias, incluindo cuidados de saúde, remessa e manufatura avançada, irá reduzir custos e melhorar a qualidade.