Embora a nanotecnologia seja retratada como uma invenção humana bastante recente, a natureza está cheia de arquiteturas nanoscópicas. Eles sustentam as funções essenciais de uma variedade de formas de vida, de bactérias a bagas, vespas para baleias.

Na verdade, O uso criterioso dos princípios da nanociência pode ser rastreado até estruturas naturais com mais de 500 milhões de anos. Abaixo estão apenas cinco fontes de inspiração que os cientistas podem usar para criar a próxima geração de tecnologia humana.

1. Cores estruturais

A coloração de vários tipos de besouros e borboletas é produzida por conjuntos de pilares nanoscópicos cuidadosamente espaçados. Feito de açúcares, como quitosana, ou proteínas como queratina, as larguras das fendas entre os pilares são projetadas para manipular a luz para obter certas cores ou efeitos como iridescência.

Um benefício dessa estratégia é a resiliência. Os pigmentos tendem a branquear com a exposição à luz, mas as cores estruturais são estáveis ​​por períodos notavelmente longos. Um estudo recente de coloração estrutural em bagas de mármore azul metálico, por exemplo, apresentava espécimes coletados em 1974, que mantiveram sua cor apesar de estarem mortos há muito tempo.

Outra vantagem é que a cor pode ser alterada simplesmente variando o tamanho e a forma das fendas, e também enchendo os poros com líquidos ou vapores. Na verdade, frequentemente, a primeira pista para a presença de coloração estrutural é uma mudança de cor vívida após a amostra ter sido embebida em água. Algumas estruturas das asas são tão sensíveis à densidade do ar nas fendas que as mudanças de cor também são vistas em resposta à temperatura.

2. Visibilidade de longo alcance

Além de simplesmente desviar a luz em um ângulo para conseguir a aparência de cor, algumas camadas ultrafinas de painéis com fendas invertem completamente a direção da viagem dos raios de luz. Esta deflexão e bloqueio de luz podem trabalhar juntos para criar efeitos ópticos impressionantes, como as asas de uma única borboleta com visibilidade de meia milha, e besouros com escamas brancas brilhantes, medindo uns finos cinco micrômetros. Na verdade, essas estruturas são tão impressionantes que podem superar as estruturas projetadas artificialmente que são 25 vezes mais espessas.

3. Adesão

Os pés da lagartixa podem se ligar firmemente a praticamente qualquer superfície sólida em milissegundos, e desanexar sem nenhum esforço aparente. Essa adesão é puramente física, sem interação química entre os pés e a superfície.

A camada adesiva ativa do pé da lagartixa é uma camada nanoscópica ramificada de cerdas chamada "espátula", que medem cerca de 200 nanômetros de comprimento. Vários milhares dessas espátulas estão presas a "cerdas" de tamanho mícron. Ambos são feitos de queratina muito flexível. Embora a pesquisa sobre os detalhes mais sutis do mecanismo de fixação e desprendimento da espátula esteja em andamento, o próprio fato de operarem sem produtos químicos pegajosos é uma impressionante façanha de design.

Os pés da lagartixa também têm outras características fascinantes. Eles são autolimpantes, resistentes à auto-formação (as cerdas não grudam umas nas outras) e são destacadas por padrão (inclusive uma da outra). Esses recursos geraram sugestões que, no futuro, colas, parafusos e rebites podem ser feitos a partir de um único processo, fundir queratina ou material semelhante em moldes diferentes.

4. Força porosa

A forma mais forte de qualquer sólido é o estado de cristal único - pense nos diamantes - no qual os átomos estão presentes em uma ordem quase perfeita de uma extremidade do objeto à outra. Coisas como barras de aço, carrocerias de aeronaves e painéis de automóveis não são monocristalinos, mas policristalino, semelhante em estrutura a um mosaico de grãos. Então, em teoria, a resistência desses materiais pode ser melhorada com o aumento do tamanho do grão, ou tornando toda a estrutura monocristalina.

Cristais únicos podem ser muito pesados, mas a natureza tem uma solução para isso na forma de poros nanoestruturados. A estrutura resultante - um mesocristal - é a forma mais forte de um determinado sólido para sua categoria de peso. Os espinhos do ouriço-do-mar e o nácar (madrepérola) são ambos feitos de formas mesocristalinas. Essas criaturas têm conchas leves e, no entanto, podem residir em grandes profundidades, onde a pressão é alta.

Em teoria, materiais mesocristalinos podem ser fabricados, embora o uso de processos existentes exija muita manipulação intrincada. Minúsculas nanopartículas teriam que ser giradas até que se alinhassem com precisão atômica a outras partes dos mesocristais em crescimento, e então eles precisariam ser gelificados em torno de um espaçador macio para eventualmente formar uma rede porosa.

5. Navegação bacteriana

Bactérias magnetotáticas possuem a capacidade extraordinária de detectar campos magnéticos minúsculos, incluindo a própria Terra, usando pequenas cadeias de nanocristais chamadas magnetossomos. Estes são grãos com tamanhos entre 30-50 nanômetros, feito de magnetita (uma forma de óxido de ferro) ou, menos comum, greghite (uma combinação de enxofre de ferro). Vários recursos dos magnetossomos trabalham juntos para produzir uma "agulha de bússola" dobrável, muitas vezes mais sensível do que suas contrapartes artificiais.

Embora esses "sensores" sejam usados ​​apenas para navegar por curtas distâncias (bactérias magnetotáticas vivem em lagos), sua precisão é incrível. Eles não só podem encontrar seu caminho, mas a variação do tamanho do grão significa que eles podem reter informações, enquanto o crescimento é restrito aos arranjos atômicos mais sensíveis magneticamente.

Contudo, à medida que o oxigênio e o enxofre se combinam vorazmente com o ferro para produzir magnetita, greghite ou mais de 50 outros compostos - apenas alguns dos quais são magnéticos - é necessária grande habilidade para produzir seletivamente a forma correta, e criar as cadeias de magnetossoma. Atualmente, essa destreza está além do nosso alcance, mas a navegação futura pode ser revolucionada se os cientistas aprenderem a imitar essas estruturas.

Este artigo foi publicado originalmente em The Conversation. Leia o artigo original.