A cabeça do pica-pau inspira amortecedores

Por Paul Marks

4 de fevereiro de 2011

Pica-pau vs amortecedor

Quando os investigadores de acidentes aéreos do futuro recuperam um gravador de voo dos destroços de um avião, eles podem agradecer ao pica-pau de frente dourada, Melanerpes aurifons, pela sobrevivência dos dados de voo. A razão? Um amortecedor inspirado na capacidade do pássaro de resistir a desacelerações severas.

A cabeça de um pica-pau experimenta desacelerações de 1.200 g ao bater em uma árvore até 22 vezes por segundo. Os humanos geralmente sofrem concussões se experimentarem 80 a 100g, então como o pica-pau evita danos cerebrais não estava claro.

Então, Sang-Hee Yoon e Sungmin Park, da Universidade da Califórnia, em Berkeley, estudaram vídeo e tomografias computadorizadas da cabeça e pescoço da ave e descobriram que ela tem quatro estruturas que absorvem o choque mecânico.

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Estes são seu bico duro, mas elástico; uma estrutura de suporte de língua vigorosa e elástica que se estende por trás do crânio chamada hióide; uma área de osso esponjoso em seu crânio; e a maneira como o crânio e o líquido cefalorraquidiano interagem para suprimir a vibração.

Os pesquisadores então começaram a encontrar análogos artificiais para todos esses fatores, para que pudessem construir um sistema de absorção de choque mecânico para proteger a microeletrônica que funciona de maneira semelhante.

Para imitar a resistência à deformação do bico, eles usam um invólucro de metal cilíndrico. A capacidade do hióide de distribuir cargas mecânicas é imitada por uma camada de borracha dentro desse cilindro, e o crânio/líquido cefalorraquidiano por uma camada de alumínio. A resistência à vibração do osso esponjoso é imitada por esferas de vidro de 1 milímetro de diâmetro compactadas, nas quais o frágil circuito fica (veja o diagrama).

Para testar seu sistema, Yoon e Park o colocaram dentro de uma bala e usaram uma pistola de ar para dispará-la contra uma parede de alumínio. Eles descobriram que seu sistema protegia os componentes eletrônicos contidos nele contra choques de até 60.000g. Os gravadores de vôo de hoje podem suportar choques de 1000g.

"Agora sabemos como evitar a fratura de microdispositivos por choque mecânico", diz Yoon. "Um instituto na Coréia está agora investigando algumas aplicações militares para a tecnologia."

Assim como um possível papel protegendo a eletrônica do gravador de vôo, o amortecedor também pode ser usado em bombas "destruidoras de bunkers", bem como para proteger espaçonaves de colisões com micrometeoritos e detritos espaciais. Também pode ser usado para proteger eletrônicos em carros.

“Este estudo é um exemplo fascinante de como a natureza desenvolve estruturas altamente avançadas em combinação para resolver o que a princípio parece ser um desafio impossível”, diz Kim Blackburn, engenheiro da Cranfield University, no Reino Unido, especializado em estudos de impacto automotivo.

"Isso pode informar nosso pensamento sobre amortecedores regenerativos para veículos, redirecionando a energia para uma forma mais facilmente recuperável do que despejá-la no calor", acrescenta Blackburn. "Em última análise, precisamos aprender com o pica-pau a recuperar energia e não dar dor de cabeça ao motorista."

Nick Fry, executivo-chefe da equipe de Fórmula 1 Mercedes GP Petronas com sede em Brackley, Reino Unido, diz que essas ideias podem alimentar a proteção contra colisões para os pilotos que participam do automobilismo: "Um grande problema com a Fórmula 1 é proteger o piloto fazendo-o desacelerar em uma situação de acidente de tal forma que seus órgãos internos e cérebro não são transformados em mingau."

"Fazemos isso com um design inteligente de compósitos, cintos de segurança muito sofisticados e um sistema de proteção de cabeça e pescoço", diz Fry. “Mas esta pesquisa pode ser algo que podemos usar no futuro – pode ser muito interessante”.

Referência do periódico: Bioinspiration and Biomimetics, DOI: 10.1088/1748-3182/6/1/016003

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