Vocaª já se perguntou como pequenas criaturas podem fatiar, furar ou picar com tanta facilidade? Uma nova pesquisa revela que formigas, vermes, aranhas e outras criaturas minaºsculas tem um conjunto integrado de ferramentas que causaria inveja a qualquer carpinteiro ou cirurgia£o.

Um estudo recente, publicado na revista Nature Scientific Reports , mostra pela primeira vez como a¡tomos individuais de zinco são organizados para maximizar a eficiência de corte e manter a nitidez dessas minaºsculas ferramentas de animais primorosamente construa­das. Uma colaboração entre uma equipe de pesquisa da Universidade de Oregon e o Laborata³rio Nacional do Noroeste do Paca­fico (PNNL) do Departamento de Energia dos Estados Unidos (DOE) revelou a solução da natureza para permitir que pequenas criaturas cortem e perfurem com relativa facilidade.

Considere o dente de formiga. Sim, as formigas tem dentes, como qualquer pessoa que já pisou em um formigueiro pode atestar. Essas estruturas especializadas, tecnicamente chamadas de "dentes mandibulares" porque estãopresas fora de suas bocas, são feitas de uma rede de material que une fortemente os a¡tomos individuais de zinco. O efeito total éuma manda­bula que envolve mais de 8% do peso do dente com zinco.

Esses tipos de ferramentas especializadas de criaturas tem sido uma fascinação de décadas para o professor associado da Universidade de Oregon, Robert Schofield, que liderou este estudo. Sua equipe de biofa­sicos desenvolveu técnicas para medir a dureza, elasticidade, energia de fratura, resistência a  abrasão e resistência ao impacto em escala miniatura.

Mas eles não podiam realmente ver a estrutura dos materiais que compõem os dentes das formigas e outras ferramentas animais microsca³picas, especialmente na escala atômica. a‰ aa­ que o cientista de materiais do PNNL, Arun Devaraj, e o estagia¡rio de doutorado Xiaoyue Wang entraram em cena. Devaraj éespecialista no uso de uma técnica especializada de microsca³pio chamada tomografia de sonda atômica. Ele usou um microsca³pio de feixe de a­ons focalizado para tirar uma pequena amostra de agulha da ponta de um dente de formiga e, em seguida, fotografou essa amostra de agulha usando tomografia de sonda atômica, permitindo a  equipe identificar como os a¡tomos individuais estãodispostos perto da ponta de um dente de formiga.

Usando essa técnica, Devaraj e Wang registraram pela primeira vez a distribuição em nanoescala dos a¡tomos de zinco no dente da formiga.

“Pudemos ver que o zinco estãouniformemente distribua­do no dente, o que foi uma surpresa”, disse Devaraj. "Espera¡vamos que o zinco fosse agrupado em nano-na³dulos."

A equipe de pesquisa estimou que, como esses biomateriais podem ser mais afiados, eles possibilitam que os animais usem 60 por cento ou atémenos da força que teriam de usar se suas ferramentas fossem feitas de materiais semelhantes aos encontrados em dentes humanos . Como menos força énecessa¡ria, seus maºsculos menores gastam menos energia. Essas vantagens podem explicar por que toda aranha, formiga, outros insetos, vermes, crusta¡ceos e muitos outros grupos de organismos possuem essas ferramentas especializadas.

"Os engenheiros humanos também podem aprender com esse truque biola³gico", disse Schofield. "A dureza dos dentes das formigas, por exemplo, aumenta da dureza do pla¡stico para a dureza do aluma­nio quando o zinco éadicionado. Embora existam materiais de engenharia muito mais duros, eles são geralmente mais fra¡geis."

Aprender com a natureza éuma maneira de entender o que torna os materiais mais fortes e resistentes a danos, acrescentou Devaraj. Ele estãoatualmente usando o praªmio DOE Early Career para estudar, em escala atômica, os princa­pios que tornam alguns materiais fortes e resistentes a danos. "Ao estudar a microestrutura do aa§o também em escala atômica, podemos entender melhor como alterar a composição dos materiais muda sua resistência a danos, especificamente resistência a  corrosão sob tensão e comportamento ao longo do tempo", disse ele. "Isso éespecialmente importante para projetar estruturas como usinas nucleares que precisam resistir ao envelhecimento por muitas décadas."