Cauda dos escorpiões tem muito a ensinar à engenharia e robótica

Com informações da New Scientist - 02/09/2021

Apesar de serem animais muito estudados, é a primeira vez que alguém analisa a mecânica da cauda dos escorpiões.
[Imagem: Alice Günther et al. - 10.1098/rsif.2021.0388]

Anatomia da cauda do escorpião

A cauda dos escorpiões pode se torcer e curvar ao mesmo tempo, graças a juntas inusitadas, que prometem inspirar novos tipos de robôs, equipamentos industriais e até instrumentos cirúrgicos.

"Ninguém nunca havia visto uma junta como esta antes, então é realmente fascinante," disse a professora Alice Günther, da Universidade de Rostock, na Alemanha.

Depois de investigar dezenas de escorpiões, representando 16 espécies, Günther e seus colegas fizeram tomografias computadorizadas microscópicas dos cinco segmentos da cauda de um escorpião Mesobuthus gibbosus, uma espécie que tem uma cauda típica, ou "média", representativa da grande maioria dos escorpiões.

A equipe usou as imagens para criar modelos digitais e impressos em 3D que forneceram vistas mais práticas das juntas da cauda do aracnídeo, que consta no registro arqueológico com esta mesma estrutura há pelo menos 400 milhões de anos.

"Engrenagens" da cauda do escorpião, que podem inspirar o biomimetismo para máquinas e robôs.
[Imagem: Alice Günther et al. - 10.1098/rsif.2021.0388]

Biologia que lembra mecânica

As imagens e os modelos revelaram que os primeiros quatro segmentos da cauda do escorpião têm um design incomum: As articulações se movem simultaneamente, de forma semelhante a uma dobradiça de porta e a uma roda giratória, proporcionando golpes de alta precisão e força, ao mesmo tempo que permitem que os tecidos internos fiquem ilesos dentro da estrutura oca.

Uma extremidade de cada segmento tem duas pequenas elevações, com a forma de um botão giratório de controle, que parecem projetadas para serem inseridas em um soquete complementar, formando uma dobradiça estável. Na verdade, porém, os botões se encaixam em uma borda circular no segmento de conexão - como o sistema não é fixo, os segmentos podem deslizar e girar ao longo dessa borda, como se estivessem em um trilho.

Somente o quinto segmento, o que contém o ferrão, possui encaixes para as duas juntas com os botões - a junta do ferrão dobra, mas não gira.

Como os escorpiões têm um exoesqueleto, seus segmentos de cauda criam um tubo longo e articulado através do qual se alojam os músculos, nervos e até mesmo os intestinos, com tudo ficando lá dentro ileso conforme todas essas engrenagens funcionam livremente.

Mecanismos de encaixe, que podem ser copiados para inúmeras funções de engenharia.
[Imagem: Alice Günther et al. - 10.1098/rsif.2021.0388]

Soluções de engenharia inspiradas nos escorpiões

Essa anatomia torna a cauda do escorpião única porque ela assume funções que, nos outros animais, são desempenhadas pelos membros, enquanto envolve sistemas de vida importantes, destacou Günther.

Dessa forma, o desenho da cauda, suas juntas e funcionalidades podem ser particularmente interessante para indústrias que precisem fazer o transporte de fluidos por meio de braços articulados.

Médicos e cirurgiões também poderiam aplicar tratamentos direcionados em partes específicas do corpo por meio de dispositivos com essa capacidade de articulação. E cabos e outros equipamentos sensíveis poderiam ser protegidos dentro de robôs articulados, da mesma forma que os tecidos do escorpião ficam protegidos mesmo quando o animal dá seus golpes super-rápidos e potentes.

Mais interessantes ainda parecem ser as juntas híbridas, capazes de dobra e torção, que permitiriam construir membros robóticos muito robustos e compactos.

"Pode-se pensar em uma ampla variedade de alterar as formas para atender a demandas específicas de engenharia. A forma elíptica não é crucial, e as áreas de contato podem ser aumentadas para permitir maior precisão e resistência ao desgaste. Um atuador linear (cilindros hidráulicos ou pneumáticos) pode ser usado de forma semelhante aos músculos dos escorpiões ou de maneiras diferentes, por ex. atuação rotativa para torcer (motores elétricos).

"Além disso, este tipo de junta pode ser usado em robôs onde um análogo à membrana intersegmentar também pode ser implementado para proteger o interior do ambiente e/ou permitir a pressurização do sistema; no entanto, o mecanismo de articulação também funciona sem membranas," exemplificou a equipe.

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