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Ciência

Esponja marinha ensina como fazer arranha-céus e pontes mais fortes

Inovação Tecnológica - Outubro 2020 679 Visualizações
Esponja marinha ensina como fazer arranha-céus e pontes mais fortes

Biomimetismo
Pesquisadores estão usando os esqueletos vítreos de esponjas marinhas como inspiração para a próxima geração de edifícios mais fortes e mais altos, pontes mais longas e espaçonaves mais leves.

Desta vez, a inspiração para o biomimetismo veio da esponja Euplectella aspergillum, também conhecida como "cesta de flores de Vênus", cujo corpo tubular conta com dois conjuntos de suportes diagonais paralelos, que se cruzam e se fundem a uma grade inferior, formando um padrão semelhante a um tabuleiro de xadrez, o que torna o animal extremamente resistente.

"Nós descobrimos que a estratégia de reforço diagonal da esponja alcança a maior resistência à curvatura para uma determinada quantidade de material, o que significa que podemos construir estruturas mais fortes e resilientes reorganizando de forma inteligente o material existente dentro da estrutura," contou o brasileiro Matheus Fernandes, atualmente na Universidade Harvard, nos EUA.

Estruturas em treliça
Se você já andou por uma ponte metálica ou mesmo montou uma prateleira de metal, deve ter observado estruturas diagonais em treliça. Este tipo de projeto usa vigas diagonais pequenas e próximas para distribuir uniformemente as cargas. Essa geometria foi patenteada no início de 1800 pelo arquiteto e engenheiro civil Ithiel Town, que queria um método para fazer pontes robustas com materiais leves e baratos.

"Town desenvolveu uma forma simples e econômica de estabilizar estruturas quadradas, que é usada até hoje," disse Matheus. "Ela realiza o trabalho, mas não é o ideal, levando ao desperdício ou redundância de material e um limite na altura que podemos construir. Uma das principais questões que motivaram esta pesquisa foi: Podemos tornar essas estruturas mais eficientes do ponto de vista de alocação de material, em última análise, usando menos material para obter a mesma resistência?"

Felizmente, a cesta de flores de Vênus passou alguns milhões de anos aprimorando seu esqueleto, o que não significa que não deu trabalho compreender como ele funciona, o que é necessário para imitá-lo.

Esponjas marinhas inspiram a próxima geração de arranha-céus e pontes
Detalhe do sistema de treliça que a equipe está trabalhando para imitar.
[Imagem: Peter Allen/Ryan Allen/James C. Weaver/Harvard SEAS]

Insuperável
Em simulações computadorizadas e experimentos, os pesquisadores replicaram o estrutura artificialmente e compararam a arquitetura do esqueleto da esponja com seus protótipos e com todas as geometrias de rede existentes. O projeto da esponja superou todos eles, suportando cargas mais pesadas sem entortar.

"Nossa pesquisa demonstra que as lições aprendidas com o estudo de sistemas esqueléticos da esponja podem ser exploradas para construir estruturas que são geometricamente otimizadas para retardar o empenamento, com enormes implicações para o uso aprimorado de materiais em aplicações de infraestrutura modernas," disse a professora Katia Bertoldi, cuja equipe também trabalha com materiais reconfiguráveis.

Bibliografia:
Artigo: Mechanically robust lattices inspired by deep-sea glass sponges
Autores: Matheus C. Fernandes, Joanna Aizenberg, James C. Weaver, Katia Bertoldi
Revista: Nature Materials
DOI: 10.1038/s41563-020-0798-1