O besouro diabólico (Phloeodes diabolicus) – Crédito: Jesus Rivera/Kisailus Biomimetics and Nanostructured Materials Lab/University of California
Tecidos de várias espécies de animais e plantas desenvolveram estratégias eficientes para sintetizar e construir estruturas e compostos com propriedades mecânicas excepcionais.
Um exemplo impressionante é o exoesqueleto da asa dianteira do besouro diabólico (adjetivo inspirado por ele ter a cor e a forma do tinhoso, veja Figura). Essa asa, chamada de élitro, recobre e protege a parte posterior do seu corpo. É extremamente dura. Um alfinete de aço não consegue penetrá-la 1 e nem um carro, passando por cima do besouro, consegue esmagá-lo 2.
O besouro diabólico vive no deserto e se alimenta do fungo que cresce na casca do carvalho. Há mais de 350.000 espécies de besouros terrestres, aquáticos e voadores. Muito embora o Phloeodes diabolicus tenha evoluído a partir de ancestrais voadores, hoje em dia eles não possuem mais essa capacidade.
Para se proteger de predadores, desenvolveram um élitro super-resistente, uma verdadeira armadura que recobre todo o seu corpo. Para se ter uma idéia, a densidade do exoesqueleto do besouro voador Trypoxylus dichotomus é de 0,51 g/cm3, cerca de metade da densidade de 0,97 g/cm3 do besouro terrestre Phloeodes diabolicus. Confiante na resistência dessa sua carapaça, o besouro diabólico, quando atacado, se finge de morto (tanatose).
Utilizando espectroscopia, microscopia e testes mecânicos in situ1, identificou-se, no exoesqueleto do besouro diabólico, uma estrutura em multiescala, com geometria elipsoidal e microestrutura laminada. Essa estrutura biológica torna o élitro do besouro extremamente robusto e resistente, com uma tensão crítica de 150 Newtons! Este valor é cerca de 4 vezes a força máxima que um homem adulto consegue fazer ao comprimir o dedo polegar contra o indicador.
Os dois élitros do besouro diabólico têm uma sutura medial permanente que consiste em uma série de lâminas entrelaçadas, que o tornam resistente ao esmagamento, mas que o impedem de voar. Essa sutura é uma junta mecânica muito robusta, geometricamente semelhante àquelas utilizadas em turbinas e em estruturas aeroespaciais (como as juntas Hi-Lok, que unem compostos de alumínio e carbono).
Os autores compararam as propriedades dessas juntas Hi-Lok com as do besouro diabólico. Os resultados demonstraram que a junta do besouro é melhor pois suporta pressões maiores. Além disso, a tensão é distribuída de maneira uniforme, o que evita uma eventual e repentina ruptura. É a natureza servindo de guia e inspirando a engenharia de materiais.
Referências:
1 J. Rivera et al. Nature, volume 586, pag. 543 (2020)
https://doi.org/10.1038/s41586-020-2813-8
2 E. Pennisi
https://doi.org/10.1126/science.abf3519
*Físico, Professor Sênior do IFSC – USP
(Agradecimento: Sr. Rui Sintra da Assessoria de Comunicação)
Assessoria de Comunicação -IFSC/USP
