Besouros inspiram uma inovação na engenharia
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| Besouro Stenocara gracilipes (foto de Hans Hillewaert em Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0) |
por Fazale Rana
14 de março de 2016
Os Beatles são reconhecidos por inspirar inúmeros músicos e moldar a face da música pop. Da mesma forma, os besouros (o inseto, não os músicos) ofereceram sua cota justa de inspiração — pelo menos no mundo da engenharia. A mais recente contribuição vem do besouro do deserto da Namíbia (Stenocara gracilipes). Usando a concha do besouro como inspiração, uma equipe de pesquisadores da Virginia Tech (VT) desenvolveu recentemente um novo tipo de superfície sem congelamento. [1] Este último avanço da engenharia pode muito bem se traduzir em novos tipos de superfícies que podem reduzir o custo e o agravamento que surgem quando peças de avião, para-brisas e serpentinas de condensador congelam.
Esse avanço tem ramificações para a apologética cristã ao destacar os notáveis designs biológicos encontrados na natureza — designs que apontam para o papel do Criador na orquestração da história e do design da vida.
Tentativas Pouco Inspiradas para Resolver o Problema da Formação de Gelo
A formação de gelo em superfícies frias é um problema real. Uma vez que o gelo se forma, livrar-se dele pode ser bem caro. Por exemplo, descongelar as asas de aviões causa atrasos nos voos e requer o uso de volumes relativamente grandes de produtos químicos. Muitos engenheiros acreditam que esses tipos de problemas podem ser evitados projetando superfícies livres de congelamento.
O gelo pode se formar quando vapores de água se condensam em líquido, em uma superfície (geada de condensação). Uma vez na superfície, as gotículas eventualmente congelam. Assim, pesquisadores tentaram projetar superfícies livres de congelamento por meio do uso de materiais super-hidrofóbicos (repelentes de água). Em princípio, essas superfícies devem impedir a formação de geada porque evitam que as gotículas de água condensada sirvam como locais de nucleação para o processo de geada.
Mas, na prática, essas superfícies super-hidrofóbicas não funcionam. Qualquer pequeno defeito na superfície permite que a gota sirva como um local de nucleação — e uma única gota é tudo o que é necessário para congelar toda a superfície. Uma vez que uma gota congela em um local de defeito, ela coletará água de outras gotas e formará pontes de gelo, o que fará com que as outras gotas congelem, e assim por diante.
O Design do Besouro Desperta uma Solução Criativa
Com o problema da formação de gelo não resolvido, os pesquisadores do VT se voltaram para o design da superfície da concha do Stenocara em busca de inspiração. Esse notável besouro vive em um dos lugares mais quentes da Terra e sobrevive coletando água da neblina matinal. Uma série de saliências, com cerca de 1 milímetro de distância, salpicam a superfície das costas do Stenocara. Essas saliências são hidrofílicas (atraem água), mas as depressões entre elas são revestidas com cera super-hidrofóbica. Então, quando o besouro sai para um passeio em uma manhã de neblina, a água condensa nas pontas das saliências, rola pelas saliências e flui pelas depressões hidrofóbicas para dentro da boca do besouro. [2]
Inspirados pelo design do Stenocara, os pesquisadores do VT criaram uma superfície semelhante com regiões hidrofóbicas e hidrofílicas contrastantes. Os pesquisadores raciocinaram que as regiões hidrofílicas atrairiam água, servindo como um local para a formação de gotículas — assim como fazem nas costas do besouro. E se as regiões hidrofílicas estivessem espaçadas o suficiente, então as pontes de gelo não seriam capazes de se formar entre as gotículas, evitando assim a formação de geada. Ao testar protótipos baseados neste design, os pesquisadores do VT foram capazes de demonstrar que eles poderiam de fato diminuir a taxa de formação de geada e até mesmo interrompê-la em alguns casos.
A equipe acredita que os processos usados para fabricar esse tipo de superfície anticongelante podem ser ampliados de forma econômica para tornar as superfícies comercialmente viáveis.
A Bioinspiração Apoia a Evolução ou o Design Inteligente?
Tornou-se bastante comum para engenheiros empregar revelações da biologia de insetos para resolver problemas de engenharia e inspirar a invenção de novas tecnologias — mesmo tecnologias diferentes de tudo o que é encontrado na natureza. Essa atividade se enquadra no domínio de duas áreas relativamente novas e empolgantes da engenharia, conhecidas como biomimética e bioinspiração. Como os nomes indicam, a biomimética envolve cópia direta (ou mimetismo) de designs da biologia, enquanto a bioinspiração depende de revelações da biologia para orientar o empreendimento de engenharia.
Da minha perspectiva, o uso de designs biológicos para orientar esforços de engenharia parece fundamentalmente em desacordo com a teoria evolucionária. Em termos gerais, biólogos evolucionistas veem sistemas biológicos como produtos de um processo não guiado e historicamente contingente que coopta sistemas preexistentes para juntar novos. Mecanismos evolucionários podem otimizar esses sistemas, mas mesmo assim eles ainda são mixórdias, em essência.
Dada a natureza não guiada dos mecanismos evolucionários, faz sentido para engenheiros confiar em sistemas biológicos para resolver problemas e inspirar novas tecnologias? Está em alinhamento com as crenças evolucionárias construir uma subdisciplina inteira de engenharia imitando designs biológicos? Eu argumentaria que essas subdisciplinas de engenharia não se encaixam no paradigma evolucionário. Por outro lado, a biomimética e a bioinspiração fluem naturalmente de uma abordagem de modelo de criação para a biologia. Usar designs na natureza para inspirar engenharia só faz sentido se esses designs surgirem de uma Mente inteligente.
Notas de Fim
14 de março de 2016
Os Beatles são reconhecidos por inspirar inúmeros músicos e moldar a face da música pop. Da mesma forma, os besouros (o inseto, não os músicos) ofereceram sua cota justa de inspiração — pelo menos no mundo da engenharia. A mais recente contribuição vem do besouro do deserto da Namíbia (Stenocara gracilipes). Usando a concha do besouro como inspiração, uma equipe de pesquisadores da Virginia Tech (VT) desenvolveu recentemente um novo tipo de superfície sem congelamento. [1] Este último avanço da engenharia pode muito bem se traduzir em novos tipos de superfícies que podem reduzir o custo e o agravamento que surgem quando peças de avião, para-brisas e serpentinas de condensador congelam.
Esse avanço tem ramificações para a apologética cristã ao destacar os notáveis designs biológicos encontrados na natureza — designs que apontam para o papel do Criador na orquestração da história e do design da vida.
Tentativas Pouco Inspiradas para Resolver o Problema da Formação de Gelo
A formação de gelo em superfícies frias é um problema real. Uma vez que o gelo se forma, livrar-se dele pode ser bem caro. Por exemplo, descongelar as asas de aviões causa atrasos nos voos e requer o uso de volumes relativamente grandes de produtos químicos. Muitos engenheiros acreditam que esses tipos de problemas podem ser evitados projetando superfícies livres de congelamento.
O gelo pode se formar quando vapores de água se condensam em líquido, em uma superfície (geada de condensação). Uma vez na superfície, as gotículas eventualmente congelam. Assim, pesquisadores tentaram projetar superfícies livres de congelamento por meio do uso de materiais super-hidrofóbicos (repelentes de água). Em princípio, essas superfícies devem impedir a formação de geada porque evitam que as gotículas de água condensada sirvam como locais de nucleação para o processo de geada.
Mas, na prática, essas superfícies super-hidrofóbicas não funcionam. Qualquer pequeno defeito na superfície permite que a gota sirva como um local de nucleação — e uma única gota é tudo o que é necessário para congelar toda a superfície. Uma vez que uma gota congela em um local de defeito, ela coletará água de outras gotas e formará pontes de gelo, o que fará com que as outras gotas congelem, e assim por diante.
O Design do Besouro Desperta uma Solução Criativa
Com o problema da formação de gelo não resolvido, os pesquisadores do VT se voltaram para o design da superfície da concha do Stenocara em busca de inspiração. Esse notável besouro vive em um dos lugares mais quentes da Terra e sobrevive coletando água da neblina matinal. Uma série de saliências, com cerca de 1 milímetro de distância, salpicam a superfície das costas do Stenocara. Essas saliências são hidrofílicas (atraem água), mas as depressões entre elas são revestidas com cera super-hidrofóbica. Então, quando o besouro sai para um passeio em uma manhã de neblina, a água condensa nas pontas das saliências, rola pelas saliências e flui pelas depressões hidrofóbicas para dentro da boca do besouro. [2]
Inspirados pelo design do Stenocara, os pesquisadores do VT criaram uma superfície semelhante com regiões hidrofóbicas e hidrofílicas contrastantes. Os pesquisadores raciocinaram que as regiões hidrofílicas atrairiam água, servindo como um local para a formação de gotículas — assim como fazem nas costas do besouro. E se as regiões hidrofílicas estivessem espaçadas o suficiente, então as pontes de gelo não seriam capazes de se formar entre as gotículas, evitando assim a formação de geada. Ao testar protótipos baseados neste design, os pesquisadores do VT foram capazes de demonstrar que eles poderiam de fato diminuir a taxa de formação de geada e até mesmo interrompê-la em alguns casos.
A equipe acredita que os processos usados para fabricar esse tipo de superfície anticongelante podem ser ampliados de forma econômica para tornar as superfícies comercialmente viáveis.
A Bioinspiração Apoia a Evolução ou o Design Inteligente?
Tornou-se bastante comum para engenheiros empregar revelações da biologia de insetos para resolver problemas de engenharia e inspirar a invenção de novas tecnologias — mesmo tecnologias diferentes de tudo o que é encontrado na natureza. Essa atividade se enquadra no domínio de duas áreas relativamente novas e empolgantes da engenharia, conhecidas como biomimética e bioinspiração. Como os nomes indicam, a biomimética envolve cópia direta (ou mimetismo) de designs da biologia, enquanto a bioinspiração depende de revelações da biologia para orientar o empreendimento de engenharia.
Da minha perspectiva, o uso de designs biológicos para orientar esforços de engenharia parece fundamentalmente em desacordo com a teoria evolucionária. Em termos gerais, biólogos evolucionistas veem sistemas biológicos como produtos de um processo não guiado e historicamente contingente que coopta sistemas preexistentes para juntar novos. Mecanismos evolucionários podem otimizar esses sistemas, mas mesmo assim eles ainda são mixórdias, em essência.
Dada a natureza não guiada dos mecanismos evolucionários, faz sentido para engenheiros confiar em sistemas biológicos para resolver problemas e inspirar novas tecnologias? Está em alinhamento com as crenças evolucionárias construir uma subdisciplina inteira de engenharia imitando designs biológicos? Eu argumentaria que essas subdisciplinas de engenharia não se encaixam no paradigma evolucionário. Por outro lado, a biomimética e a bioinspiração fluem naturalmente de uma abordagem de modelo de criação para a biologia. Usar designs na natureza para inspirar engenharia só faz sentido se esses designs surgirem de uma Mente inteligente.
Notas de Fim
- Jonathan Boreyko et al., “Controlling Condensation and Frost Growth with Chemical Micropatterns”, Scientific Reports 6 (janeiro de 2016): id. 19131, doi:10.1038/srep19131.
- Andrew R. Parker e Chris R. Lawrence, “Water Capture by a Desert Beetle”, Nature 414 (novembro de 2001): 33–34, doi:10.1038/35102108.
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Traduzido de Beetles Inspire an Engineering Breakthrough (RTB)
Etiquetas:
argumento do relojoeiro - bioengenharia divina, de Deus - design dos sistemas vivos - maravilha da Criação de Deus, divina - designs da natureza
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