O engenheiro Professor François Barthelat tem examinado a mecânica que permite que as nadadeiras sejam flexíveis e rígidas ao mesmo tempo, com os músculos na base transmitindo ondulações suaves que exercem uma força considerável em seu ambiente.
“Você obtém essa capacidade dupla em que as barbatanas podem se transformar e, ainda assim, ficam bastante rígidas quando empurram a água”, disse ele.
“Se você olhar para uma barbatana, verá que ela é feita de muitos raios rígidos”, disse Barthelat. “Cada um desses raios pode ser manipulado individualmente como seus dedos, mas existem 20 ou 30 deles em cada nadadeira.”
Os raios são feitos de fios mineralizados e segmentados chamados hemitrichs, unidos de ponta a ponta com colágeno muito mais macio, “tornando-os o equilíbrio perfeito entre elástico e rígido”, segundo a universidade.
Puxar um hemitrich e empurrar o próximo faz com que o raio se curve.
A equipe usou simulações de computador e estruturas impressas em 3D para entender a biomecânica.
Os raios reais são segmentados ao longo de seu comprimento e constatou-se que isso é importante, pois varia periodicamente a rigidez.
Raios modelados com rigidez constante ao longo de seu comprimento (certo) provou ser muito rígido para funcionar de forma eficaz, enquanto a segmentação (acima à esquerda) operação melhorada.
“Até recentemente, a função desses segmentos não era clara”, disse Barthelat. “Os segmentos, essencialmente, criam essas pequenas dobradiças ao longo do raio.”
“Quando você tenta comprimir ou puxar essas camadas ósseas, elas têm uma rigidez muito alta”, continuou ele. “Isso é crítico para o raio resistir e produzir forças hidrodinâmicas que empurram a água. Mas se você tentar dobrar camadas ósseas individuais, elas são muito flexíveis, e essa parte é crítica para que os raios se deformem facilmente nos músculos da base ”.
Onde esse conhecimento pode ser usado?
Asas flexíveis de aeronaves, para começar, disse Barthelat. “Os aviões fazem isso agora, até certo ponto, quando baixam os flaps, mas de forma rígida. Uma asa feita de materiais que se transformam, em contraste, poderia mudar sua forma de forma mais radical e contínua, como um pássaro ”.
O projeto apenas arranhou a superfície, disse Barthelat: “Gostamos de começar de onde os biólogos e zoólogos pararam, usando nossa experiência na mecânica dos materiais para aprofundar nossa compreensão das propriedades surpreendentes do mundo natural.”
A University of Colorado Boulder trabalhou com a Catholic University of Louvain, a University of Sydney e o MIT.
'Segmentações em nadadeiras permitem grandes amplitudes de transformação combinadas com alta rigidez flexural para materiais robóticos inspirados em peixes' descreve a pesquisa em Science Robotics - pagamento necessário para o artigo completo.