O universo nano ao seu alcance

set 17

Efeito Gecko - A nanotecnologia do Homem-Aranha!

    Luvas teóricas capazes de interagir com superfícies lisas através de forças de van der Waals poderiam gerar uma força de aderência comparável ao peso corporal de aproximadamente 500 homens. Esse dispositivo vem sendo apelidade de "Luvas de Homem-Aranha". Mas como elas funcionam? Como é possível gerar uma forma de adesão tão grande e,m uma superfície tào pequena? É o que você descobrirá lendo esse artigo!
 
    Efeito Gecko
    Os cientistas estão desenvolvendo novos materiais biomiméticos, baseados no efeito Gecko. O nome, estranho a princípio, deriva de uma família de lagartos capazes de escalar paredes e se fixar em tetos mesmo que essas superfícies sejam perfeitamente lisas. Esses animais não possuem garras nem liberam óleos adesivos de sua pele. Essa habilidade foi primeiramente observada por Aristóteles em sua Animalium Historia, quase 25 séculos atrás. Um sistema adesivo similar é encontrada em aranhas e em vários insetos.
    A explicação é a seguinte: em geral, quando duas superfícies sólidas são colocadas em contato, uma força de atração é desenvolvida. Essa força, que tende a manter as superfícies unidas, é conhecida como adesão. Um exemplo simples é a sucção gerada quando se evacua o ar entre dois corpos, nesse caso, originada em razão das diferenças de pressão local e atmosférica. Entretanto, diversos outros fatores podem originar forças de adesão. Um exemplo interessante sào as forças de van der Waals; essas forças são originadas das atrações entre moléculas em virtude de suas cargas elétricas pontuais que podem ser  permanentes ou induzidas.
   A questão é que essas forças possuem uma intensidade muito pequena e não são capazes de realizar grandes trabalhos. Entretanto, quando uma área muito grande está sujeita às forças de van der Waals, a somatória das interações pontuais entre as moléculas pode resultar em uma força grand eo suficiente para gerar uma adesão considerável. Mas como os lagartos Gecko e as aranhas, que possuem pés tão pequenos, desenvolvem uma área de contato com a superfície tão grande? Aí é que está o segredo da coisa! Nanoestruturas!
    Os pés desses animais (Ou as terminações de seus membros) possuem bilhões de fios nanométricos (Veja a figura abaixo) que acabam por gerar, juntos, uma área superficial enorme (Lembre-se: sistemas nanométricos possuem grandes áreas superciciais, entenda porque nesse artigo).
 
 
 
 
 
    Dessa maneira, a área superficial gigantesca é responsável pelo contato simultâneo de trilhões de moléculas presentes nas patas do animal com as presentes nas paredes ou na casca de árvore, etc, gerando uma somatória de forças de van der Waals grande o suficiente para sustentar o animal na parede ou no teto. Esse princípio foi aproveitado no filme Homem-Aranha, onde uma das cenas sugere que ele escale paredes graças a fios minúsculos presentes em seus dedos.
     Mas ainda resta uma questão: se a força de adesão é tão grande, como o animal "desgruda" da parede e consegue se movimentar? Bem, certamente a  natureza pensou em tudo! Atravé da contração e relaxamento dos músculos que comandas as patas, esses animais conseguem aumentar e diminuir a área de contato entre a superfície da parede ou do teto e a superfície de seus membros, sendo capazes de "recolher" parte das nanoestruturas quando desejam. Com um pouco de coordenação instintiva, o animal pode aumentar a área de contato para aderir à parede enquanto diminui a área de contato do membro oposto, fazendo com que ele desgrude e possa ser utilizado para locomoção. Linda, não?
 
 
    Aplicações
   Você é capaz de pensar em uma aplicação para um equipamento que mimetize o efeito Gecko? Tenhpo quase certeza que você pensou o msmo que eu: luvas do Homem-Aranha!!!
    Sim, cientistas já estão tentando imitar o efeito Gecko para construir equipamentos que possibilitem escalar superfícies lisas com segurança. Esse tipo de dispositivo poderia ser muito útil em resgates (Realizados por bombeiros ou pessoas com treinamento adequado), equipamentos militares e para finalidades esportivas, como escalada em rocha. Quem sabe não surge até memso um Peter Parker poraí? =) 
    De qualquer maneira, uma das maiores dificuldades no projeto é justamente obter a combinaçào perfeita entre o "grudar" e o "desgrudar", de maneira que a pessoa que estiver vestindo o equipamento seja capaz não apenas de se fixar na parede ou no teto, mas de se mover. Aparentemente a coordenação necessária para isso não é algo tão trivial para nós, humanos. Na figura abaixo, é possível conferir um teste realizado recentemente no exterior, baseado no efeito Gecko:
 
 
    Também é possível imaginar aplicações na área de construção civil, onde um adesivo tão poderoso e reversível poderia ser utilizado em guindastes para erguer vigas e outras estruturas pesadas com maior segurança, dispensando amarrações e correntes que podem romper.  
 
     Conclusão
    O efeito Gecko é responsável pelas habilidade de escalar paredes que alguns lagartos, aranhas e outros animais possuem. Essa habilidade se baseia em nanoestruturas presentes nas patas do animal, que geram uma grande área de contato com a superfície, originando uma força capaz de sustentar o peso do animal. Existem diversas aplicações teóricas para o efeito Gecko, mas os dispositivos ainda precisam ser aprimorados e melhor estudados.
 
    Referências
  • “The Gecko’s Foot – How Scientists Are Taking a Leaf from Nature’s Book” P. Forbes, Harper Perennial, 2006
  • K. Autumn, et al., Adhesive force of a single gecko foot-hair, Nature, vol.
    405, pp. 681-685, 2000
  • K. Autumn, et al., Evidence for van der Waals attachment by Gecko foothair inspires design of synthetic adhesive, Proc. of the National Academy
    of Science, 2002.

Olhar Nano