Besouro quase indestrutível ajuda a projetar veículos e máquinas melhores

Redação do Site Inovação Tecnológica - 21/10/2020

O besouro da carapaça de ferro tem um exoesqueleto que é uma das estruturas mais duras e mais resistentes a esmagamentos conhecidas no reino animal.
[Imagem: David Kisailus/UCI]

Besouro que resiste a um carro

Se você costuma pisar em insetos que entram em sua casa, não espere ter sucesso com o diabólico besouro de ferro - ele vai resistir mesmo se você passar com o carro em cima dele.

É por isso que engenheiros vêm estudando o Nosoderma diabolicum (anteriormente catalogado como Phloeodes diabolicus): Para aprender como fabricar novos materiais que possuam essa resistência hercúlea.

Esses materiais seriam rígidos, mas dúcteis como um clipe de papel, tornando veículos e máquinas, como turbinas de aviões, mais seguros e mais duráveis.

Jesus Rivera e seus colegas das universidades da Califórnia em Irvine e Purdue acreditam ter descoberto os segredos que tornam o pequeno animal tão resistente.

A super-tenacidade do besouro da carapaça de ferro envolve seus dois élitros, que são as capas das asas dos besouros que voam. Só que o besouro diabólico nem mesmo tem asas. Assim, seus élitros, semelhantes a uma armadura, apoiam-se em uma linha, chamada sutura, que percorre toda a extensão do abdômen do animal.

Os élitros e a sutura conectiva ajudam a distribuir de maneira mais uniforme por todo o corpo a força que eventualmente seja aplicada sobre o animal.

Delaminação controlada

Rivera investigou em detalhes a geometria da sutura medial, que une os dois élitros e descobriu que ela se parece muito com as peças interligadas de um quebra-cabeças. Para isso, o pesquisador construiu um dispositivo dentro de um microscópio eletrônico, o que permitiu também observar como essas conexões funcionam sob compressão.

Os resultados revelaram que, em vez de se encaixar na região do "pescoço" desses intertravamentos, a microestrutura dentro das lâminas do élitro cede por delaminação, uma espécie de fratura em camadas.

Primeiro, as lâminas de interconexão travam para evitar que sejam puxadas para fora da sutura, como peças de um quebra-cabeças. Em segundo lugar, a sutura e as lâminas delaminam, o que leva a uma deformação mais suave, que atenua uma falha catastrófica do exoesqueleto. Cada estratégia dissipa energia para contornar um impacto fatal no pescoço, onde o exoesqueleto do besouro tem maior probabilidade de fraturar.

Usando placas de aço compressivas, o pesquisador descobriu que o diabólico besouro de ferro pode receber uma força aplicada de cerca de 150 newtons - uma carga de pelo menos 39.000 vezes o seu peso corporal - antes que seu exoesqueleto comece a se quebrar.

Isso é mais impressionante do que parece: Um pneu de carro aplicaria uma força de cerca de 100 newtons se passasse por cima do besouro em uma superfície de terra, estimam os pesquisadores. Outros besouros terrestres que a equipe testou não conseguiram aguentar nem a metade da força que o besouro diabólico pode suportar.

Seção transversal da sutura medial, onde as duas metades do élitro do besouro se encontram, mostrando a configuração similar a um quebra-cabeças, que está entre as chaves para a incrível resiliência do inseto.
[Imagem: Jesus Rivera/UCI]

Peças biomiméticas

A equipe já usou o conceito para construir um grampo de fixação biomimético similar aos usados para prender peças dentro das turbinas de avião. Feita com fibra de carbono, mas com segmentos que imitam a sutura do besouro, a peça mostrou-se tão dura quanto um grampo aeroespacial padrão, mas significativamente mais resistente à quebra.

"Este trabalho mostra que podemos deixar de usar materiais duros e quebradiços em benefício de outros que podem ser duros e tenazes [tenacidade refere-se a quanta energia um material absorve sem se quebrar], dissipando energia à medida que se quebram. É isso que a natureza permitiu que o diabólico besouro de ferro fizesse," disse o professor Pablo Zavattieri.

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